DESEMPENHO HIGROTÉRMICO DE COBERTURA VEGETAL …

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CENTRO TECNOLÓGICO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ARQUITETURA E URBANISMO

Alberto Lohmann

DESEMPENHO HIGROTÉRMICO DE COBERTURA VEGETAL INCLINADA EM DOIS PROTÓTIPOS CONSTRUÍDOS NA REGIÃO DE

FLORIANÓPOLIS

Dissertação de Mestrado

Florianópolis, julho de 2008

Alberto Lohmann

DESEMPENHO HIGROTÉRMICO DE COBERTURA VEGETAL INCLINADA EM DOIS PROTÓTIPOS CONSTRUÍDOS NA REGIÃO DE FLORIANÓPOLIS

Dissertação apresentada ao

Programa de Pós-Graduacão em Arquitetura e Urbanismo da

Universidade Federal de Santa Catarina como requisito para

obtenção do grau de Mestre em Arquitetura e Urbanismo

Orientador: Prof. Fernando Barth, Dr.

Florianópolis, julho de 2008

Alberto Lohmann

DESEMPENHO HIGROTÉRMICO DE COBERTURA VEGETAL INCLINADA EM DOIS PROTÓTIPOS CONSTRUÍDOS NA REGIÃO DE

FLORIANÓPOLIS

Esta dissertação foi julgada adequada para obtenção do título de

MESTRE EM ARQUITETURA E URBANISMO

na especialidade PROJETO E TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO – SISTEMAS E PROCESSOS CONSTRUTIVOS e aprovada em sua forma final pelo

Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo – PósARQ da Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC.

Florianópolis, julho de 2008.

________________________________________________ Orientador / Moderador / Presidente: Dr. Fernando Barth, PósARQ – UFSC

________________________________________________ Coordenadora do PósARQ: Dra. Carolina Palermo

BANCA EXAMINADORA:

________________________________________________ Avaliador 1: Dr. Wilson Jesus da Cunha Silveira, PósARQ – UFSC

________________________________________________ Avaliador 2: Dra. Alina Gonçalves Santiago, PósARQ – UFSC

________________________________________________ Avaliador 3: Dra. Ana Lígia Papst, UNISUL

Aos meus pais, Ilson e Valéria, e aos

meus irmãos Leonardo e Emílio.

Agradecimentos

Aos meus pais que me deram estrutura, tanto no que diz respeito à

educação, quanto ao suporte familiar necessário para conseguir terminar o

mestrado.

À minha namorada Carla, que me deu apoio durante os anos da minha

formação acadêmica, profissional e pessoal e que está ao meu lado na realização

dos meus sonhos.

Ao meu irmão mais velho, Leonardo, pelos livros enviados para o meu

estudo.

Ao meu irmão mais novo, Emílio, pelo apoio e incentivo.

À minha prima que, sendo companheira de profissão, possibilitou trocas

de experiências através das várias conversas, sobretudo no que diz respeito à

arquitetura.

Ao professor Fernando Barth pela orientação e pelo conhecimento

passado durante o período do mestrado.

Aos membros da banca pelas observações e incentivos.

Ao Laboratório de Sistemas Construtivos pelo espaço e pelos

equipamentos cedidos.

À empresa Movimax, que cedeu as placas cimentícias de madeira

mineralizadas para a realização do trabalho.

Ao Ricardo Cremer, representante da empresa Movimax, pela

disponibilidade e pelas placas.

Ao amigo Fernando Sandin, colega de projetos, pela parceria.

A todos que, de uma forma ou de outra, fizeram parte da minha vida

durante esses 27 anos de aprendizado.

Resumo

A cobertura vegetal é uma alternativa para sistemas de coberturas em

edificações, tanto inclinadas como planas. Este trabalho consiste em relatar um

breve histórico de soluções vernaculares a projetos contemporâneos, descrevendo

algumas tipologias, características e materiais empregados na execução de

coberturas. Também se descreve aqui a construção de dois protótipos realizados

com placas cimentícias de madeira mineralizada e laje de cobertura. Escolheram-se

coberturas inclinadas, pois são comumente utilizadas na região de Florianópolis,

com a vantagem de apresentarem escoamento rápido das águas pluviais, e

coberturas vegetais, por apresentarem certa inovação tecnológica na construção de

edificações. Assim, foi projetada uma cobertura de fácil construção, podendo ser

industrializada, capaz de melhorar o desempenho térmico de edificações e de utilizar

sistemas de rápido estabelecimento de vegetação. Realizou-se a construção de dois

protótipos a fim de que pudessem ser feitas simultaneamente as medições de

desempenho higrotérmico para demonstrar a diferença de comportamento entre as

coberturas vegetal, laje maciça e de fibrocimento, na região de Florianópolis. Os

resultados obtidos apresentam melhoria no desempenho higrotérmico do protótipo

com cobertura vegetal; desse modo, o trabalho traz uma alternativa em construções

e reformas futuras para coberturas na região.

Palavras-chave: cobertura vegetal, desempenho, sistema construtivo.

Abstract

The green roof is an alternative for roofing systems, both as inclined and

plane in any buildings. This dissertation consists in report its vernacular solutions

through the history until the contemporaries projects, describing some typology,

features and materials employed in roofs construction. Also, is described here the

construction of two prototypes compound by cemented wood plaques, concrete roof

slab. Was chosen the inclined roofs, because they are commonly used in the region

of Florianopolis, with the advantage of a rapid flow of the rainwater and green roofs

because they show some technological innovation in the construction of buildings.

Thus, the coverage was designed for easy construction that could be industrialized,

able to improve the thermal performance of buildings and by the use of quick

establishment vegetation’s systems. Was constructed two prototypes that could be

measure simultaneously its hygrothermic performance to demonstrate the difference

between the behavior of concrete roof slab, green roof and fiber cement covering in

the region of Florianopolis. The results show some improvement in the hygrothermic

performance of the prototype with green roof, therefore this study brings an

alternative to construction and building’s reform for roofing in the region.

Keywords: Green roof, performance, constructive system.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Localização de Florianópolis no mapa bioclimático ................................. 13

Figura 2 – Retenção da água na cobertura vegetal .................................................. 16

Figura 3 – Diferença entre temperatura com e sem vegetação................................. 16

Figura 4 – Zigurate de Ur, Iraque .............................................................................. 20

Figura 5 – Desenho da seção dos Jardins Suspensos, baseado na descrição do arqueólogo Robert Koldewey ............................................................................. 20

Figura 6 – Arquitetura do norte da Europa ................................................................ 21

Figura 7 – Museu em Eyjaf-jord, Islândia .................................................................. 21

Figura 8 – Camada retirada para as coberturas ........................................................ 22

Figura 9 – Casa de adobe, mistura de solo e vegetação .......................................... 22

Figura 10 - Mont-Saint-Michel, França ...................................................................... 22

Figura 11 - Palácio Piccolomi .................................................................................... 22

Figura 12 - Palácio do Kremlin, em Moscou .............................................................. 23

Figura 13 – Terraço da Villa Savoye, construída em 1928 ........................................ 23

Figura 14 – Corte esquemático de um Terrassenhäuser, muito comum em condomínios ....................................................................................................... 25

Figura 15 – Casa Hundertwasser .............................................................................. 26

Figura 16 – Antigo Ministério da Educação e Saúde ................................................. 26

Figura 17 – Montagem da Ecotelha .......................................................................... 27

Figura 18 – Hotel Fazenda em Bom Retiro, SC ........................................................ 27

Figura 19 – Comparação entre as classificações de coberturas vegetais e considerações a respeito delas .......................................................................... 29

Figura 20 - Medições de escoamento para diferentes superfícies ............................ 33

Figura 21 – Simulação de coberturas vegetais nas coberturas de Manhattan, Nova Iorque ................................................................................................................. 34

Figura 22 – Crescimento da vegetação espontânea ................................................. 37

Figura 23 – Esquema, comparando a quantidade de água nas calhas dos telhados38

Figura 24 – Diferença de fluxo de calor entre uma laje e uma cobertura vegetal ...... 41

Figura 25 – Condomínio em Dösseldorf, Alemanha, com coberturas verdes. Projeto dos arquitetos Bookhoff e Rentrop ..................................................................... 47

Figura 26 - Esquema do funcionamento dos módulos de plástico ............................ 53

Figura 27 – Sobreposição da camada filtrante .......................................................... 54

Figura 28 – Mudas em estufas .................................................................................. 58

Figura 29 – Manta de vegetação sendo retirada ....................................................... 58

Figura 30 – Planta ..................................................................................................... 61

Figura 31 – Vista de topo .......................................................................................... 61

Figura 32 – Vista frontal ............................................................................................ 61

Figura 33 – Vista lateral esquerda ............................................................................. 61

Figura 34 – Vista frontal ............................................................................................ 61

Figura 35 – Vista lateral direita .................................................................................. 61

Figura 36 – Sugestão para localização, evitando sombreamento dos protótipos. .... 62

Figura 37 – Detalhe da cobertura vegetal na parte de saída de água e suas camadas. ............................................................................................................ 63

Figura 38 – Detalhe de montagem prévia da laje de cobertura. ................................ 63

Figura 39 – Paredes com formas para pilares e vigas do protótipo. ......................... 64

Figura 40 – Escavação e nivelamento ...................................................................... 65

Figura 41 – Preparo para base do radier .................................................................. 65

Figura 42 – Corte de todos os painéis ....................................................................... 66

Figura 43 – Estocagem dos painéis, separados de acordo com suas características ........................................................................................................................... 66

Figura 44 – Fôrmas e ferragens do radier ................................................................. 67

Figura 45 – Concretagem do radier ........................................................................... 67

Figura 46 – Montagem no solo dos painéis ............................................................... 68

Figura 47 – Montagem dos painéis com escoras ...................................................... 68

Figura 48 – Concretagem dos pilares ....................................................................... 69

Figura 49 – Concretagem das vigas .......................................................................... 69

Figura 50 – Montagem das formas da laje ................................................................ 69

Figura 51 – Concretagem da laje e sua ferragem ..................................................... 69

Figura 52 – Impermeabilização da cobertura vegetal ................................................ 70

Figura 53 – Drenagem para água pluvial excedente ................................................. 70

Figura 54 – Sobreposição de 20 cm da geomembrana ............................................. 71

Figura 55 – Colocação da brita no perímetro da cobertura ....................................... 71

Figura 56 – Preparação da base da cobertura vegetal ............................................. 71

Figura 57 – Transplante das leivas do solo para a cobertura vegetal ....................... 71

Figura 58 – Cobertura vegetal pronta. ....................................................................... 72

Figura 59 - Cobertura de fibrocimento ....................................................................... 72

Figura 60 - Calha localizada na base da cobertura ................................................... 72

Figura 61 - Diferentes seções das paredes de PCM ................................................. 74

Figura 62 – Detalhe das camadas e espessuras utilizadas para cálculo. ................. 75

Figura 63 – Equipamentos para as medições higrotérmicas. .................................... 80

Figura 64 - Localização e identificação dos protótipos para colocação dos HOBOs® ........................................................................................................................... 80

Figura 65 - Localização do HOBO® para medidas externas ..................................... 80

Figura 66 - Localização dos HOBOs® na caixa térmica ........................................... 82

Figura 67 - Localização dos HOBOs® no interior do protótipo .................................. 86

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Estratégias para infiltração, armazenamento e retardamento do escoamento de águas pluviais. .......................................................................... 31

Tabela 2 – Diferentes superfícies e seu respectivo coeficiente de escoamento ....... 32

Tabela 3 – Estatísticas das temperaturas máximas diárias de acordo com um estudo em Toronto, Canadá num período de 660 dias .................................................. 35

Tabela 4 – Temperaturas internas do ar (tbs) nos sistemas de cobertura ................ 40

Tabela 5 – Superfícies de folhas por metro quadrado ............................................... 42

Tabela 6 – Peso de materiais para substrato ............................................................ 45

Tabela 7 – Peso de materiais da construção civil ..................................................... 46

Tabela 8 – Tabela de classificação dos sistemas de impermeabilização .................. 50

Tabela 9 – Tabela de materiais para formação do solo de coberturas vegetais ....... 55

Tabela 10 – Requisitos para o sistema de vedação vertical ..................................... 74

Tabela 11 – Valores para cada metro quadrado de vedação vertical ....................... 75

Tabela 12 – Requisitos para o sistema de cobertura ................................................ 76

Tabela 13 – Valores de cálculo de desempenho térmico para cobertura com terra .. 76

Tabela 14 – Valores de cálculo de desempenho térmico para laje ........................... 77

Tabela 15 – Valores de cálculo de desempenho térmico para cobertura de fibrocimento ........................................................................................................ 77

Tabela 16 - Critérios de desempenho quanto à transmitância térmica ..................... 78

Tabela 17 - Diferença entre as medidas de temperatura .......................................... 84

Tabela 18 – Resultados comparativos entre laje e cobertura vegetal ....................... 90

Tabela 19 – Resultados comparativos entre telhamento e cobertura vegetal ........... 92

Tabela 20 - Comparação entre os sentidos dos fluxos de calor ................................ 93

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 – Diferença entre o escoamento de águas em coberturas ........................ 32

Gráfico 2 - Diferença entre a hora legal e a hora solar para Florianópolis. ............... 65

Gráfico 3 - Precisão indicada pelo fabricante para o HOBO em diferentes temperaturas ...................................................................................................... 79

Gráfico 4 - Curva psicrométrica simplificada ............................................................. 81

Gráfico 5 - Temperaturas obtidas nos três aparelhos dentro da caixa térmica ......... 83

Gráfico 6 - Temperaturas obtidas pelo aparelho 03 e seus medidores externos dentro da caixa térmica ................................................................................................. 84

Gráfico 7 - Umidades absolutas obtidas pelos três aparelhos dentro da caixa térmica ........................................................................................................................... 85

Gráfico 8 – Temperaturas obtidas pelos aparelhos nos dois protótipos. ................... 87

Gráfico 9 - Umidades absolutas obtidas pelos aparelhos nos dois protótipos .......... 87

Gráfico 10 - Medições comparativas de temperaturas entre a laje e a cobertura vegetal ................................................................................................................ 88

Gráfico 11 - Medições comparativas de umidade absoluta entre a laje e a cobertura vegetal ................................................................................................................ 89

Gráfico 12 - Medições comparativas de temperatura entre telhamento e cobertura vegetal ................................................................................................................ 91

Gráfico 13 - Medições comparativas de umidade absoluta entre telhamento e cobertura vegetal ............................................................................................... 92

Gráfico 14 – Temperaturas no interior do protótipo 2 demonstrando o processo de estratificação do ar com cobertura de laje. ......................................................... 94

Gráfico 15 – Temperaturas no interior do protótipo 2 demonstrando o processo de estratificação do ar com cobertura vegetal. ........................................................ 95

Sumário 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................ 12

1.1 JUSTIFICATIVA .............................................................................................. 15

1.2 DELIMITAÇÃO DO TEMA ............................................................................... 17

1.3 OBJETIVOS .................................................................................................... 17

1.3.1 Geral................................................................................................................ 17

1.3.2 Específico ........................................................................................................ 17

1.4 MÉTODOS ...................................................................................................... 18

2 REVISÃO DE LITERATURA........................................................................... 20

2.1 BREVE HISTÓRICO DAS COBERTURAS VEGETAIS .................................. 20

2.2 DEFINIÇÕES ................................................................................................... 28

2.3 EVAPOTRANSPIRAÇÃO ................................................................................ 29

2.4 RETENÇÃO DE ÁGUA ................................................................................... 30

2.5 POTENCIALIDADES DAS COBERTURAS VEGETAIS .................................. 34

2.6 FLUXO DE CALOR DA COBERTURA VEGETAL .......................................... 41

2.7 POLUIÇÃO SONORA ..................................................................................... 43

2.8 PREVENÇÃO DE INCÊNDIO E RISCOS ....................................................... 44

3 PROJETO DE COBERTURAS VEGETAIS .................................................... 45

3.1 CONSIDERAÇÕES ESTRUTURAIS ............................................................... 45

3.2 CONSIDERAÇÕES EM TELHADOS INCLINADOS COM VEGETAÇÃO ....... 46

3.3 AÇÃO DE VENTOS EM COBERTURAS ........................................................ 47

3.4 SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO EM COBERTURAS VEGETAIS ........................ 48

3.5 CONSTRUÇÃO DE COBERTURAS VEGETAIS ............................................ 49

3.5.1 Sistemas de Impermeabilização para Coberturas ............................................ 50

3.5.2 Barreira de Proteção contra Raízes ................................................................. 51

3.5.3 Camada Drenante na Cobertura Vegetal ......................................................... 52

3.5.4 Substrato para Cobertura Vegetal .................................................................... 54

3.5.5 Camada Vegetal da Cobertura ......................................................................... 56

3.5.6 Sistemas de Plantio de Coberturas Vegetais ................................................... 57

4 PROJETO E CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO ............................................. 60

4.1 PROJETO........................................................................................................ 60

4.2 CONSTRUÇÃO ............................................................................................... 64

5 ANÁLISE DE DESEMPENHO TÉRMICO ....................................................... 74

5.1 DETERMINAÇÃO ANALÍTICA DE DESEMPENHO TÉRMICO ...................... 74

5.1.1 Desempenho térmico das vedações verticais ................................................. 74

5.1.2 Desempenho térmico das coberturas .............................................................. 75

5.2 ANÁLISE EXPERIMENTAL DE DESEMPENHO HIGROTÉRMICO ............... 78

5.2.1 Verificação da uniformidade das medições entre os HOBOs® ....................... 82

5.2.2 Verificação da uniformidade de desempenho entre os protótipos ................... 86

5.2.3 Verificação de desempenho entre laje e cobertura vegetal ............................. 88

5.2.4 Verificação de desempenho entre cobertura vegetal e fibrocimento ............... 90

5.2.5 Verificação do processo de estratificação do ar no interior dos protótipos ...... 93

6 CONCLUSÕES ............................................................................................... 96

6.1 QUANTO AOS MÉTODOS UTILIZADOS ....................................................... 97

6.2 QUANTO AO SISTEMA CONSTRUTIVO DO PROTÓTIPO ........................... 97

6.3 QUANTO AO SISTEMA COBERTURA VEGETAL UTILIZADO ...................... 98

6.4 QUANTO AO DESEMPENHO HIGROTÉRMICO DOS PROTÓTIPOS .......... 98

6.5 SUGESTÕES E RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ....... 100

REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 101

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR ....................................................................... 107

APÊNDICES ........................................................................................................... 110

1 - Introdução 12

1. INTRODUÇÃO

As coberturas de edificações são responsáveis pela proteção tanto do

usuário quanto da própria construção e, também, recebem uma parcela considerável

da radiação solar, de acordo com valores da radiação solar incidente sobre planos

horizontais. Mesmo assim, muitas vezes, esse envoltório não tem um tratamento

adequado, gerando problemas patológicos, comumente encontrados nas

construções. Conforme o projeto de norma ABNT 02.136.01.007, deve-se executar a

cobertura o mais rápido possível após a conclusão da estrutura principal da

edificação, evitando-se patologias na edificação.

O presente trabalho trata do uso de plantas em telhados na região de

Florianópolis, um sistema construtivo de cobertura que apresenta certa inovação

tecnológica e com um crescente desenvolvimento na indústria da construção

mundial.

A cidade de Florianópolis localiza-se no litoral da região sul do Brasil,

sendo a capital do Estado de Santa Catarina. Segundo a parte 3 da NBR 15.220,

que define as zonas bioclimáticas em oito, a cidade pertence à zona três, conforme a

Figura 1, sendo essa zona responsável por 6,5% de todo território nacional.

Segundo a classificação de Köppen, o clima é do tipo Cfa definido como

mesotérmico úmido, com chuvas distribuídas durante todo o ano. Segundo Goulart

(1993) a umidade relativa média anual é de 82,7%, com temperatura média máxima

de aproximadamente 20ºC e mínima de 13ºC. Essas características de alta umidade

e temperatura média amena se devem ao fato de Florianópolis ter a maior parte do

território localizado em uma ilha.

1 - Introdução 13

Figura 1 - Localização de Florianópolis no mapa bioclimático (Adaptação: NBR 15.220)

O uso de plantas em telhados contemporâneos se distingue das técnicas

utilizadas anteriormente, pela integração da horticultura com o projeto e construção

de edificações. Modificações estruturais para o seu suporte nos prédios, bem como

o uso de novos materiais e produtos, melhorou o desempenho e,

conseqüentemente, o aumento na aplicação de coberturas vegetais. Segundo

Dunnet e Kingsbury (2004), desde a década de 50, na Europa, houve um aumento

de áreas plantadas nos telhados, especialmente sobre edifícios de uso comercial,

tanto em coberturas planas quanto inclinadas.

Nas primeiras aplicações de vegetais em coberturas, utilizavam-se áreas

restritas a pequenos canteiros de prédios ou, ainda, o solo espalhado sobre a

estrutura do telhado, que deveria ser muito resistente para suportar o peso,

principalmente quando estava saturada. Após alguns estudos, as técnicas foram se

aperfeiçoando e, hoje, existem várias opções construtivas para coberturas vegetais,

desde as mais leves até as mais pesadas.

1 - Introdução 14

Nas referências bibiográficas referentes ao assunto, encontram-se várias

denominações para o sistema. Dentre os termos utilizados na designação desse

grupo de cobertura estão:

a) Cobertura ou Telhado Verde (Green roof) – A palavra “verde” está

associada ao significado ecológico e também à sua própria cor. De modo geral, o

“verde”, em edificações, significa práticas que reduzem o impacto ambiental causado

pelas construções, bem como materiais e produtos que oferecem baixa

manutenibilidade e alta durabilidade. Como exemplos, existem métodos de análise

para obtenção do selo de “edificação verde”. Esses certificados são dados de acordo

com as estruturas de avaliação do LEED (Leadership in Energy and Environmental

Design), desenvolvido pelo U.S. Green Building Council, ou ainda do REEAM, British

Research Establishment Environment Assessment Method, do BRE, British

Research Establishment.

b) Cobertura ou Telhado Vegetal (Planted roof) – Essa nomenclatura tem

um sentido mais amplo que a anterior, pois o termo vegetal abrange todas as

espécies existentes e as utilizadas em edifícios. Inclui-se também, nesse contexto, o

uso de água sobre o telhado, junto com plantas aquáticas, formando micro-sistemas.

c) Cobertura ou Telhado Ecológico (Ecoroof, cubiertas ecológicas) – De

acordo com o conceito introduzido por Ernest Haeckel, em 1870, define-se

historicamente ecologia como o conjunto de conhecimentos relacionados à

economia da natureza – investigação de todas as relações entre o animal e seu

ambiente orgânico e inorgânico, incluindo suas relações, amistosas ou não, com as

plantas e animais que tenham com ele contato direto ou indireto. Assim, ecologia é o

estudo das complexas inter-relações, chamadas por Darwin de condições da luta

pela vida (adaptação SCHIEL, 2006).

Essa nomenclatura também é bastante ampla, pois pode ser usada para

telhados feitos com materiais reciclados ou para aqueles que, em sua fabricação,

utilizam materiais de baixo impacto ao ambiente.

d) Cobertura ou Telhado Ajardinado (cubiertas ajardinadas) – A palavra

jardim significa um lugar fechado, podendo ter qualquer espécie vegetal e espaços

para descanso. Essa expressão não se torna tão específica, como no caso de

“telhados vegetais”, não abrangendo vegetações de crescimento espontâneo, que

acontece com a colocação somente do solo, deixando que o próprio ambiente

componha a cobertura.

1 - Introdução 15

Após a definição dos conceitos citados neste trabalho, utilizar-se-á a

expressão “cobertura vegetal” para sua designação. Além de tal conceituação ser

mais ampla, também há trabalhos científicos na área de Arquitetura e Urbanismo,

que a utilizam.

1.1. JUSTIFICATIVA

Em termos compositivos, as coberturas possuem um grande impacto

visual em construções com baixa altura, pois, em muitos casos, é o tratamento dado

a elas que destacará a volumetria final da edificação. Também com a verticalização

da cidade, têm-se outros ângulos de visão das coberturas, como no caso de uma

vista dos pavimentos superiores das edificações mais altas para as menores. Isso

demonstra a necessidade de um melhor tratamento na fase projetual dessa

envolvente, bem como na sua manutenção.

As coberturas vegetais apresentam algumas vantagens em relação a

outros sistemas de coberturas convencionais, tanto construtivamente, aumentando

sua durabilidade, quanto ambientalmente através de melhorias no desempenho

térmico do ambiente interno. A Figura 2 ilustra o recebimento de água pluvial por

uma cobertura vegetal e os fenômenos relacionados como absorção, infiltração no

solo e escoamento superficial, que aumenta quando o solo está saturado. Também

ocorre, através da radiação solar e da fotossíntese, a evapotranspiração da água

armazenada no solo e no vegetal para o ambiente. Já na Figura 3, ilustra-se a

diferença entre as temperaturas superficiais externas em coberturas com laje

impermeabilizada e cobertura vegetal.

1 - Introdução 16

Figura 2 – Retenção da água na cobertura vegetal (Fonte: Da Cunha, 2004)

Figura 3 – Diferença entre temperatura com e sem vegetação (Adaptação: Minke, 2004)

De acordo com Morais e Roriz (2003), é possível através do bom

desempenho térmico da cobertura vegetal durante o ano, manter as temperaturas

mais amenas dentro da edificação. O estudo foi realizado com medições anuais,

comparando uma laje plana com uma cobertura vegetal sobre outra laje plana na

cidade de São Carlos, em São Paulo. Através da camada vegetal e de substrato,

extingue-se a insolação direta na cobertura, causando a diminuição no ganho de

calor e, conseqüentemente, evitando que as lajes tenham fissuras provocadas pela

amplitude térmica, aumentando, assim, a vida útil da camada impermeabilizante.

Segundo Lamberts et all (1997), as coberturas vegetais são consideradas

uma estratégia bioclimática, chamada de Resfriamento Evaporativo Indireto, que é

uma solução arquitetônica obtida através da instalação de um tanque de água sobre

o telhado ou até mesmo de um jardim. Com a incidência solar, ocorre a

evapotranspiração do vegetal e da água contida no substrato, retirando o calor da

cobertura e resfriando a superfície. Como conseqüência, há a redução da

temperatura radiante média no ambiente interior, surgindo tal técnica como uma

estratégia para diminuição do rigor térmico na edificação.

Por outro lado, com o crescimento da cidade e o aumento da superfície

pavimentada, a paisagem natural dá lugar a diversas edificações, residências e

construções urbanas, impermeabilizando o solo. As coberturas vegetais possibilitam

1 - Introdução 17

a transferência da área que antes era revestida com vegetação, para o topo da

edificação, aumentando a permeabilidade do lote através da cobertura do edifício,

absorvendo a água da chuva e retardando seu escoamento.

No Brasil, começaram a ser realizadas algumas obras com coberturas

vegetais, utilizando ainda poucas inovações e sem o conhecimento técnico

necessário, equiparando-se aos antigos terraços–jardins construídos na fase

modernista da arquitetura brasileira. Assim, este estudo focou as técnicas

construtivas e as camadas necessárias utilizadas em coberturas contemporâneas,

desenvolvendo e adaptando-a para a região de Florianópolis, utilizando insumos

locais e plantas nativas. Pensou-se também na eficiência das coberturas vegetais

através da análise do desempenho de dois protótipos especialmente construídos

para o presente trabalho.

1.2. DELIMITAÇÃO DO TEMA

Nesta pesquisa pretendeu-se analisar apenas uma proposta para um

sistema construtivo de cobertura composto por vegetação, bem como seu

desempenho térmico, comparando-o com outros sistemas existentes de cobertura.

Avaliações quanto aos desempenhos acústicos, prevenção contra incêndio e de

retenção de água não fazem parte da pesquisa, somente são referenciadas algumas

citações como vantagens demonstradas em estudos feitos anteriormente por outros

autores.

1.3. OBJETIVOS

1.3.1. Geral

Analisar comparativamente o desempenho térmico de protótipos

construídos com laje inclinada, telhas de fibrocimento e cobertura vegetal na região

de Florianópolis.

1.3.2. Específicos

a) Levantar o estado da arte das coberturas vegetais.

1 - Introdução 18

b) Avaliar a aplicabilidade do sistema construtivo com cobertura vegetal na

região de Florianópolis.

c) Avaliar os sistemas construtivos de cobertura vegetal existentes e os

materiais empregados na sua construção.

d) Realizar medições simultâneas de temperatura e umidade do ar no interior

dos dois protótipos.

e) Avaliar comparativamente o desempenho térmico dos protótipos com laje

inclinada, telhamento de fibrocimento e cobertura vegetal.

1.4. MÉTODOS

De acordo com os objetivos do trabalho, enumerados anteriormente,

definiu-se alguns critérios para atingi-los, adotando no seu desenvolvimento os

seguintes métodos de pesquisa:

a) Pesquisas bibliográficas: visam levantar dados referentes aos conceitos

e construções de coberturas vegetais, com ênfase no desenvolvimento de técnicas

construtivas. Buscou-se avaliar as camadas necessárias em alguns sistemas de

cobertura vegetal, a fim de verificar a possibilidade de se construir com materiais

encontrados na região de Florianópolis. Também foram abordados alguns estudos

relacionados a esses sistemas de cobertura, avaliando as suas características e os

fenômenos relacionados.

b) Elaboração do projeto do protótipo: Utilizaram-se, nessa etapa,

ferramentas computacionais, seguindo requisitos pré-estabelecidos nos estudos e

nas definições anteriormente realizadas.

O programa utilizado chama-se Google SketchUp, realizando as vistas,

com as medidas do projeto e as perspectivas coloridas, apresentando as soluções

construtivas e os materiais para o protótipo. Também se buscou com o projeto

facilidade da execução na etapa de cortes dos painéis com suas identificações,

medidas e respectivas quantidades.

c) Construção dos dois protótipos: Essa etapa busca materializar os

conceitos que definiram o projeto, com vedações executadas com placas cimentícias

de madeira mineralizada (PCM) e estrutura portante de concreto armado. As

vedações também serviram de moldes incorporados à estrutura.

1 - Introdução 19

As ferramentas e materiais utilizados para a mistura do concreto in loco foi

betoneira, areia, cimento, brita e água. No corte e fixação das vedações verticais em

PCM: serra circular de mão com disco vídea, aparafusadeira elétrica, parafusos,

silicone e argamassa de assentamento. A mão-de-obra foi realizada por uma

mesma pessoa em todas as etapas construtivas.

d) Medições de desempenho higrotérmico dos protótipos: Os

equipamentos utilizados para obtenção das temperaturas e umidades internas e

externas foram três aparelhos HOBO® família H8, sendo dois deles com sensores

de temperatura e umidade e o outro com mais 2 sensores de temperatura externos

ao aparelho.

As medições foram realizadas simultaneamente entre os aparelhos e nos

dois protótipos no período de 11 de setembro a 28 de outubro de 2007, de acordo

com as etapas descritas a seguir:

- medição das temperaturas e umidades dos aparelhos, realizadas

simultaneamente dentro de uma caixa térmica composta por poliestireno revestido

com plástico de dimensões de 66x36x46cm, verificando se os mesmos estariam de

acordo com os valores de precisão estipulados pelo manual do fabricante;

- medições simultâneas entre os dois protótipos com as lajes expostas, a

fim de verificar a igualdade dos mesmos no experimento, através da comparação

entre as médias dos valores obtidas;

- medições simultâneas entre a laje e a cobertura vegetal, demonstrando

sua eficiência em valores absolutos;

- medições simultâneas entre o telhamento de fibrocimento e a cobertura

vegetal com o objetivo de comparação entre as duas soluções construtivas;

e) Análise dos dados obtidos: Utilizou-se o programa BoxCar Pro versão

4.0.7.0 da Onset Computer Corporation. Esse programa computacional gera os

gráficos necessários e exporta os dados para arquivos em formato “txt”.

A programação do aparelho se dá conectando o mesmo ao computador

através de uma porta serial. Utilizando o comando launch, configura-se a hora de

início e o intervalo de tempo entre as medições, que, conseqüentemente, calcula o

horário de término. Após a medição, novamente se conecta o aparelho ao

computador e, através do comando Readout logger, geram-se os gráficos com a

escolha dos dados que se deseja demonstrar.

2 – Revisão de Literatura 20

2. REVISÃO DE LITERATURA

2.1. BREVE HISTÓRICO DAS COBERTURAS VEGETAIS

Ao longo da história, o ser humano construiu várias obras com coberturas

ajardinadas. Têm-se registros da sua utilização nas civilizações antigas do Rio Tigre

e Eufrates e, posteriormente, no império Romano. Segundo Glancey (2001), as

construções feitas entre os séculos XIV a.C e VI a.C, chamadas de Zigurates,

conforme Figura 4, eram de pedra e acessadas por um conjunto de escadas com

vegetação no topo. Os Zigurates foram descobertos pelo arqueólogo inglês Sir

Leonard Woolley. Essa organização dos espaços tinha o objetivo de diminuir o calor

das planícies da Mesopotâmia. Os jardins suspensos do palácio de Nabucodonosor

II, na Babilônia, século V a.C, ilustrado na Figura 5, são considerados uma das sete

maravilhas do mundo antigo e um dos exemplos mais importantes feitos por essas

civilizações.

Figura 4 – Zigurate de Ur, Iraque (Fonte: GLANCEY, 2001)

Figura 5 – Desenho da seção dos Jardins Suspensos, baseado na descrição do arqueólogo Robert Koldewey (Adaptação: OSMUNDSON, 1999)


Em países do norte da Europa, as coberturas vegetais extensivas foram

empregadas nas construções pela baixa manutenibilidade, sendo parte da

arquitetura vernácula de países da Escandinávia. Em função das extremas

condições climáticas locais, utilizava-se esse sistema de cobertura pelo seu bom

isolamento térmico, diminuindo a perda de calor da edificação para o exterior,

conforme mostram as figuras seguintes: Figura 6 e Figura 7.

Figura 6 – Arquitetura do norte da Europa (Fonte: WEBSHOTS, 2005)

Figura 7 – Museu em Eyjaf-jord, Islândia (Fonte: CRIT, 2006)

Os escandinavos cortavam a vegetação com a parte do solo contendo

raiz e substrato, conforme mostra a

Figura 8, colocando-a acima da cobertura preparada. O objetivo era

diminuir a perda de calor durante as longas noites de inverno. Segundo Emilsson

(2006), a vida útil desse sistema construtivo era limitado, precisando substituição a

cada 20 anos, principalmente pela decomposição da camada de cascas de árvore,

colocadas sob a vegetação que, com o tempo, perdiam a função de

impermeabilização em escamas.

Existem exemplos de coberturas ajardinadas também no Kurdiquistão,

que abrange Turquia, Iraque, Iran e áreas vizinhas. Os kurdos, por sua vez, faziam

casas com uma mistura de solo e vegetação, conforme Figura 9, facilitando o

crescimento das plantas sobre a superfície. Através do forte calor e tendo o solo

como material com um bom desempenho em relação à capacidade e inércia térmica,


a edificação se mantinha refrigerada de dia, armazenando o calor para as noites

mais frias.

Figura 8 – Camada retirada para as coberturas

(Fonte: COLLINS, 2005)

Figura 9 – Casa de adobe, mistura de solo e vegetação (Fonte: PETERS, 2005)

Da Idade Média à Renascença, construíram-se pouco desses terraços,

restringindo-se a palácios de nobres e edificações monumentais, como no caso do

Monastério de Saint-Michel, construído no século XIII, localizado no Golfo de Saint-

Malo, região noroeste da França. O terraço é localizado no topo do edifício com vista

para o golfo, conforme Figura 10.

Figura 10 - Mont-Saint-Michel, França (Fonte: OSMUNDSON, 1999)

Figura 11 - Palácio Piccolomi (Fonte: OSMUNDSON, 1999)

Entre os anos de 1458 a 1464, algumas obras também foram feitas com

terraços-jardins, como o palácio Piccolomini, em Pienza, Itália, um dos mais

preservados da época renascentista.

Em Moscou, na Rússia, o palácio do Kremlin, construído para a nobreza,

possui um terraço-jardim de 4 hectares no mesmo nível da mansão com jardins e

fontes. O palácio original foi construído em 1773, como mostra o projeto na figura.


Figura 12 - Palácio de Kremlin em Moscou (Adaptação: OSMUNDSON, 1999)

Já no século XIX, com o desenvolvimento do concreto como material para

coberturas, construíram-se lajes planas na Europa e na América. Como exemplo

dessa construção, tem-se, em 1868, no World Exhibition em Paris, o nature roof

(concreto plantado).

No século XX, com o movimento moderno, o concreto armado se tornou

um material largamente utilizado em toda estrutura. O arquiteto Frank Lloyd Wright

projetou o Midway Gardens, um restaurante com cobertura ajardinada em Chicago,

1914, hoje demolido.

Figura 13 – Terraço da Villa Savoye, construída em 1928 (GALINSKY, 2008)


O arquiteto franco-suíço Le Corbusier foi o primeiro a utilizar

sistematicamente terraços-jardins em projetos para clientes mais abastados, de

acordo com os "cinco pontos da arquitetura nova" propostos por ele:

- planta livre: através de uma estrutura independente permite a livre

locação das paredes, já que essas não mais precisam exercer a função estrutural;

- fachada livre: resulta igualmente da independência da estrutura. Assim, a

fachada pode ser projetada sem impedimentos;

- pilotis: sistema de pilares que elevam o prédio do chão, permitindo o

trânsito por debaixo do mesmo;

- terraço-jardim: "recupera" o solo ocupado pelo prédio, "transferindo-o"

para cima do prédio na forma de um jardim;

- janelas em fita: possibilitadas pela fachada livre, permitem uma relação

desimpedida com a paisagem.

Esses cinco pontos que constituíam os grandes parâmetros da

arquitetura de Le Corbusier, mais tarde, deixaram de ser associados a ele e se

tornaram os cânones da chamada arquitetura moderna.

Somente na segunda metade do século XX, construíram-se grandes

áreas plantadas, cobrindo estacionamentos, estações de metrô e avenidas

subterrâneas; porém, não foram classificadas como coberturas vegetais.

Os telhados vegetais contemporâneos tiveram o início do seu

desenvolvimento em países de língua alemã. Isso aconteceu pela combinação da

pressão de grupos ecologistas com o aumento da produção científica nas áreas de

construção e sócio-ambientais. A criação de um grupo de estudos em 1977 na

Alemanha, chamado FLL (Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung

Landschaftsbau) – Sociedade de Estudos para o Desenvolvimento da Paisagem e

Paisagem Construída – contribuiu para a implementação de técnicas construtivas

que diminuíssem o impacto ambiental.

Segundo Dunnet e Kingsbury (2004), o início dos estudos de coberturas

vegetais na Alemanha foi através do uso de camadas de pedras sobre coberturas

planas, como proteção aos raios-ultravioletas nas impermeabilizações. Começou o

crescimento de plantas espontaneamente, através do acúmulo de substâncias

contidas na água, tornando-se uma fonte de alimentação vegetal.


Nas décadas de 1960 e 70, na Alemanha e Suíça, desenvolveram-se

projetos com coberturas vegetais em construções escalonadas de modo a adequar-

se à topografia, como o caso da Terrassenhäuser, Figura 14:

Figura 14 – Corte esquemático de um Terrassenhäuser, muito comum em condomínios

O arquiteto austríaco Fridensreich Hundertwasser construiu a casa

Hundertwasser, que se tornou o mais influente telhado vegetal em Vienna, como

ilustra a Figura 15. Utilizaram aproximadamente 900t de solo e 250 plantas entre

árvores e arbustos.

No Brasil, principalmente sob a influência das idéias modernistas de Le

Corbuseir, construiu-se o Ministério da Educação e Saúde, entre 1936-43, ilustrado

na Figura 16. O jardim da cobertura foi uma das primeiras obras realizadas por

Roberto Burle Marx, em 1938. Já o projeto arquitetônico foi elaborado por Lúcio

Costa, Affonso Reidy, Jorge Moreira, Carlos Leão, Ernani Vasconcellos e Oscar

Niemeyer, baseados em oficinas ministradas por Le Corbusier e em alguns esboços

feitos durante a sua estadia no Brasil em 1936 (BRUAND, 1984).


Figura 15 – Casa Hundertwasser (Fonte: MARK HARDEN’S ARTCHIVE, 2006)

Figura 16 – Antigo Ministério da Educação e Saúde (Fonte: LOIPETSBERGER, 2005)

Hoje existem algumas companhias espalhadas pelo mundo, as principais

delas localizadas na Alemanha, trabalhando com uma variedade de soluções para

coberturas vegetais. No Brasil, existe uma empresa especializada em coberturas

vegetais chamada Ecotelhado®. Sua técnica consiste na montagem de um telhado

convencional composto por telhas de fibras vegetais, com a posterior colocação de

compartimentos feitos de alumínio em módulos já plantados e colocados sobre o

telhado, como ilustração da Figura 17. Essa técnica substitui a impermeabilização

com mantas pelo telhamento. A vantagem é a facilidade de substituição dos

módulos; contudo, os módulos distribuem a maior parte das cargas no beiral,

necessitando de um especial cuidado nessa estrutura.


Figura 17 – Montagem da Ecotelha (Fonte: ECOTELHADO, 2006)

Atualmente existem alguns exemplos construídos no Estado de Santa

Catarina, sendo um dos mais expressivos um hotel fazenda localizado em Bom

Retiro, com aproximadamente 600m2 de cobertura vegetal inclinada, como mostra a

Figura 18.

Figura 18 – Hotel fazenda em Bom Retiro, SC

Anexo à edificação do hotel, existem outras edificações pertencentes à

sua estrutura, todas com coberturas vegetais e um condomínio rural, onde somente

é permitido esse sistema de cobertura nas edificações.

A construção contou com consultoria de Gernot Minke, arquiteto alemão e

professor da Universidade de Këssel, com largo conhecimento na área da


bioconstrução. De acordo com Rosa (2005), a cobertura teve problemas

relacionados à morte do gramado, tornando-se indispensável a irrigação constante

durante períodos de seca, mostrando a necessidade de estudos prévios sobre a

aplicação dessas coberturas.

Essa solução de cobertura tornou-se uma técnica bastante utilizada nas

chamadas ecovilas, que vêm se espalhando pelo país. Suas técnicas ainda são

bastante rudimentares, demonstrando necessidade de estudo aprofundado dos seus

componentes para uma melhor adaptação no país, considerando as particularidades

de cada região.

2.2. DEFINIÇÕES

Para o desenvolvimento do trabalho, buscou-se estabelecer algumas

definições necessárias para o entendimento. Os conceitos estão descritos abaixo.

a) Desempenho – Segundo o projeto de norma de desempenho de edifícios

habitacionais de até 5 pavimentos, é o “comportamento em uso de um produto”.

O desempenho de cobertura vegetal corresponde ao comportamento do

telhado, através da discriminação técnica, projeto, construção e durabilidade ao

longo de sua vida útil. Para o bom desempenho, a cobertura deve atender às

necessidades a que ela se propõe tanto de proteção quanto de conforto ambiental.

b) Sistema Construtivo – Segundo Tacla (1984), define-se sistema

construtivo como “o conjunto das regras práticas, ou o resultado de sua aplicação,

de uso adequado de materiais e de mão-de-obra que se associam e se coordenam

para a concretização de espaços previamente programados.

Do grego, a palavra systema significa combinar, ajustar e formar um

conjunto. O que implica um conjunto de elementos, idéias, ou partes ligadas entre si,

cumprindo sua função, podendo cada um influir, ou até determinar, o funcionamento

do todo.

Conseqüentemente, Sistema Construtivo é o conjunto dos elementos, ou

de vários outros subsistemas que, associados, formam o todo. Esses vários

subsistemas são interdependentes, formados por componentes e organizados de

modo a cumprir os requisitos e critérios funcionais e construtivos da edificação.

c) Classificação das coberturas vegetais – De acordo com Trebilcock

(1998), as coberturas vegetais são classificadas, de acordo com a vegetação, em


extensiva e intensiva (que alguns autores subdividem em semi-intensiva e intensiva).

A extensiva é composta normalmente de plantas resistentes e, na sua maioria,

rasteiras, não precisando de manutenções periódicas. Já a intensiva, construída

como um jardim no topo dos edifícios, é uma área de recreação e utiliza várias

espécies de plantas, canteiros e até mesmo pequenos lagos.

Figura 19 – Comparação entre as classificações de coberturas vegetais e considerações a respeito delas (Adaptação: ZinCo, 2007)

Na Figura 19, pode-se observar algumas diferenças nas classificações de

vegetações utilizadas em coberturas. O tamanho de cada vegetação define a

espessura da camada de substrato e, conseqüentemente, a capacidade que a

estrutura deve suportar.

2.3. EVAPOTRANSPIRAÇÃO

Praticamente, toda a água de que as plantas necessitam é extraída pelo

sistema radicular e perdida para a atmosfera por meio do processo de

evapotranspiração. Essa palavra é composta pela união de outras duas, evaporação

e transpiração, que significam, respectivamente:

a) evaporação – perda de água contida no solo, ou na superfície da planta,

para a atmosfera. Essa água é interceptada por folhas, galhos e tronco das árvores,

além da liteira1 e camadas de húmus. O processo de interceptação de água ocorre

1 Fonte de matéria orgânica vegetal.


acima da superfície mineral. A água é retida pelos tecidos vivos e não vivos de

plantas. Assim, o que é perdido pelo dossel2 é a quantidade diretamente evaporada.

b) transpiração – processo passivo dito em condições químicas potenciais

de evaporação através dos estômatos3. A energia radiante e sensível provoca a

vaporização de camadas finas de água em torno das células do parênquima,

provocando a difusão do vapor através dos estômatos e transportando o vapor para

longe pela turbulência. A perda de água cria um déficit hídrico nas células,

implicando em potenciais negativos no xilema, cuja ordem de grandeza é muito

superior ao gravitacional, possibilitando a sucção da água do solo através das

raízes. A força motora do movimento são os potenciais hídricos muito baixos que se

desenvolvem no ar não saturado na circunvizinhança das folhas. Mesmo sendo um

processo físico, a transpiração é o único componente da evapotranspiração sob

controle fisiológico.

A soma total da água evaporada depois de passar pelas plantas com a

água proveniente da sua transpiração é chamada de evapotranspiração. Assim, a

evapotranspiração consiste no processo no qual a vegetação e o solo enviam para a

atmosfera vapor de água, aumentando a umidade do ar.

Esses dois processos dependem de energia solar, pois a água, retida no

vegetal e no solo, faz com que ocorram evaporação e transpiração, prevenindo que

a energia radiante se transforme em calor nas superfícies. Portanto, a qualidade

climática na área urbana depende da quantidade de espaços com vegetais em

relação à área total, vegetal e construída.

2.4. RETENÇÃO DE ÁGUA

Segundo Tucci (2001), existem diversos modos para diminuição dos

riscos de enchentes, como infiltração, armazenamento de água e retardamento do

escoamento das águas. Dentre esses modos, as estratégias podem ser de planos

de infiltração, valos de infiltração, bacias de percolação, dispositivos hidráulicos de

percolação e pavimentos permeáveis. Os dispositivos para criar esses ambientes e

suas respectivas descrições são apresentados na Tabela 1.

2 Estrato superior da formação vegetal, ou seja, a camada de folhagem. 3 São elementos de vital importância na transpiração e trocas gasosas das plantas, podem ser classificados em vários tipos de acordo com o arranjo de suas células.


Tabela 1 – Estratégias para infiltração, armazenamento e retardamento do escoamento de águas pluviais

Plano de infiltração - dispositivos colocados no lote, que recebe as águas pluviais provenientes de uma área impermeável como uma edificação.

Valos de infiltração, colocados paralelos a estradas, concentrando os fluxos das áreas adjacentes de águas pluviais.

Canteiros permeáveis, adjacentes às calçadas. Meio-fio permeável, adjacentes às ruas.

Pavimento permeável em passeios, estacionamentos e ruas com pouco tráfego.

Coberturas vegetais no topo dos edifícios, com capacidade de armazenar a água e, também de retardar o escoamento das águas pluviais.

Araújo et all (2000) realizaram experimentos de escoamento de água em

diferentes superfícies e materiais, com o objetivo de determinar seu coeficiente de


escoamento através da simulação de chuvas com uma intensidade de 110mm/h. Os

resultados são apresentados na Tabela 2.

Tabela 2 – Diferentes superfícies e seu respectivo coeficiente de escoamento (ARAÚJO et all, 2000)

Assim, de acordo com a Tabela 1, a cobertura vegetal de um edifício

classifica-se como estratégia no lote, transferindo a área permeável, que é

característica de um terreno com vegetação, para o topo da edificação, contribuindo

para aumentar a absorção de água pluvial.

A cobertura vegetal, além de auxiliar na diminuição da temperatura

urbana, quando usada em larga escala, pode diminuir os efeitos causados pelos

alagamentos nas cidades, principalmente em países de clima tropical, onde ocorrem

chuvas intensas. Isso ocorre, pois a vegetação tem capacidade de absorver uma

parte da água, retardando o tempo de escoamento para a canalização pluvial e

evaporando o restante.

Gráfico 1 – Diferença entre o escoamento de águas em coberturas (Fonte: KÖHLER et all, 2001)

O Gráfico 1 mostra a diferença da quantidade de escoamento de água

durante um período de 12 horas. Os valores são dados em litros por segundo e

obtidos em protótipos com laje e cobertura vegetal com 8 cm de substrato. A Figura


20 mostra um experimento com diferentes sistemas de coberturas, onde

equipamentos medem a quantidade armazenada de água por um período de tempo.

Figura 20 - Medições de escoamento para diferentes superfícies (MICHIGAN STATE UNIVERSITY, 2006)

Segundo a norma DIN EN 12.056, parte 2, os coeficientes de deságüe de

águas pluviais para coberturas vegetais com camadas de 10 cm de espessura são

de 0,3. Ou seja, 70% é armazenada ou evaporada. De acordo com Dürr (1995), uma

cobertura com 20 cm de substrato de terra e argila expandida pode armazenar

90mm de água (90 l/m2).

Katzschner (1991), em experimentos realizados em Kassel, Alemanha,

relata que uma cobertura com 12º de inclinação e 14 cm de substrato, submetido a

18 horas de chuva intensa apresentou um atraso de 12 horas para o deságüe

pluvial, concluindo-se o escoamento 21 horas depois de terminada a chuva.

Em ensaio realizado por Minke (2001) no Instituto do Estado Federado da

Baviera, observou-se que uma intensidade de chuva de 20 l/m2 em 15 min atuando

em uma cobertura com substrato com 10cm de espessura, escoou somente 5 l/m2.

Já em outro telhado com camada de pedra de mesma espessura, submetido à

mesma precipitação, escoou 16 l/m2.

Desse modo, as coberturas vegetais mostram uma capacidade de

retenção da água, diminuindo as vazões nas redes de drenagem pluvial. Utilizando-

se a cobertura vegetal em larga escala, podem-se diminuir os custos da infra-

estrutura de drenagem urbana, pois esses sistemas são projetados para garantir o

escoamento, baseando-se em precipitações máximas. Segundo o estudo hidrológico

de Da Cunha (2004), a cobertura vegetal é capaz de absorver a água pluvial no

momento de maior intensidade de chuva, ocasionando um retardo no escoamento

para a rede pública em até 14mm de chuva, diminuindo conseqüentemente a vazão

de pico na rede de drenagem.


2.5. POTENCIALIDADES DAS COBERTURAS VEGETAIS

Na região de Florianópolis, de clima quente e úmido, a cobertura vegetal

coloca-se como uma opção viável diante dos altos níveis pluviométricos e de

evapotranspiração. De acordo com Dunnet e Kingsbury (2004), as vantagens das

coberturas vegetais podem ser classificadas em três grandes áreas.

a) Aspectos de percepção

Nos topos de edifícios da cidade, nota-se a despreocupação com as

superfícies dos telhados. Muitas vezes enegrecidos pelo tempo, com a ação da água

e poluição, as coberturas são locais de baixa manutenção e, em muitos casos,

servem de depósito de materiais, reservatórios e equipamentos de climatização, sem

nenhum tratamento, tornando-se vistas inadequadas para os imóveis mais altos.

Figura 21 – Simulação de coberturas vegetais nas coberturas de Manhattan, Nova Iorque (Adaptação: EARTHPLEDGE, 2007)

Na Figura 21, é apresentada a simulação de uma vista superior dos

edifícios de Nova Iorque, onde se substituem as coberturas convencionais, através

de programas computacionais, por telhados vegetais. Além de transformar a cidade

em um local mais agradável, essas soluções podem contribuir para a diminuição das

temperaturas superficiais, melhoria do desempenho térmico das unidades


habitacionais abaixo da cobertura e aumento da absorção e retardamento do

escoamento das águas pluviais.

Ultrich (1986) realizou estudos na Alemanha sobre a influência de plantas

ou espaços naturais para o auxílio na diminuição do estresse, pressão sanguínea e

tensão muscular. Realizou, também, uma análise em hospitais, comparando a

recuperação de pacientes com janelas voltadas para locais com vegetações e outros

voltados para janelas vizinhas ou poços de iluminação. Os resultados mostram que a

recuperação dos pacientes é mais rápida quando voltados para os locais em áreas

ajardinadas.

b) Aspectos econômicos

O calor que a cobertura recebe diariamente faz os materiais terem sua

durabilidade reduzida. Superfícies horizontais recebem uma parcela considerável da

radiação solar incidente no total de uma edificação. Segundo a Tabela 3, os estudos

mostram que as temperaturas superficiais são mais elevadas, em torno de 2 ou até 3

vezes, em relação à temperatura ambiente. Com as amplitudes de temperaturas

diárias elevadas, variações dimensionais costumam provocar manifestações

patológicas, acarretando a desintegração de materiais, delaminação ou descamação

de partes dos componentes da cobertura.

Tabela 3 – Estatísticas das temperaturas máximas diárias de acordo com um estudo em Toronto, Canadá, em um período de 660 dias (LIU e BASKARAN, 2003)

Temperaturas Laje Impermeabilizada Cobertura vegetal Ambiente

no de dias % de dias no de dias % de dias no de dias % de dias

> 30º C 342 52 18 3 63 10

> 40º C 291 44 0 0 0 0

> 50º C 219 33 0 0 0 0

> 60º C 89 13 0 0 0 0

> 70º C 2 0,3 0 0 0 0

O telhado vegetal sobre uma laje impermeabilizada pode melhorar

significativamente o desempenho construtivo. Quanto maior for a espessura da

camada de vegetação, melhor será o seu desempenho térmico, pois a camada de

substrato é responsável pela grande parte da resistência térmica. Porém, devem-se

avaliar os custos relacionados à durabilidade e manutenção periódica do vegetal e

estrutura de sustentação. De acordo com Peck e Callaghan (1999), para as


coberturas extensivas a necessidade de reparos na impermeabilização é em torno

de 15 a 20 anos, enquanto nas intensivas, de 50 anos ou mais.

Com a eficiência térmica de uma cobertura vegetal através do

sombreamento, resfriamento evaporativo e a massa térmica, resultantes dos

substratos, pode-se diminuir significativamente o custo energético da edificação no

verão. Segundo Dunnet e Kingsbury (2004), se o prédio for projetado com essa

cobertura, certamente se diminuirá a potência e, conseqüentemente, o tamanho do

equipamento de ar condicionado. Assim, para cada redução na temperatura interna

de 0,5ºC, pode-se reduzir o uso do ar condicionado em até 8%. Isso ocorre pela

diminuição do ganho térmico pelo ambiente externo, através da maior resistência

térmica. Além disso, as coberturas planas tendem a armazenar água sobre a laje,

pois as inclinações para os pontos drenagem, geralmente, têm imperfeições. Já a

cobertura vegetal absorve a maior parte da água captada e a água restante será

drenada ou armazenada para dias quentes e sem chuvas. Isso aumenta a vida útil

da impermeabilização, diminuindo a necessidade de manutenção.

c) Aspectos ambientais

Para cada vegetação, ou conjunto de plantas, que se utiliza numa

cobertura vegetal, podem-se criar diferentes habitats naturais. Em telhados

extensivos, projetados para não ter acesso público, tornam-se locais para a

proliferação de plantas, insetos e pássaros. As espécies de planta definem os

insetos que habitarão o local e que, por sua vez, definirão os animais, criando uma

cadeia alimentar.

Em muitos locais, principalmente em construções mais antigas, pode-se

notar o espontâneo crescimento de vegetação, ninhos de pássaros e colônias de

insetos. Na Figura 22, é possível observar-se o surgimento de plantas sobre as

telhas de barro que acumularam água, criando condições para o desenvolvimento

vegetal espontâneo.


Figura 22 – Crescimento da vegetação espontânea

A diferença no escoamento da água pluvial em superfícies duras

(concreto e asfalto) e com vegetação é:

- superfícies Duras – a água é levada diretamente para os sistemas de

drenagem, tanto dos edifícios quanto urbano, e despejada nos rios. Assim, os rios,

que têm seus leitos diminuídos pelo crescimento e impermeabilização do solo

urbano, recebem toda a água rapidamente e transbordam, provocando o

alagamento;

- solo – uma parte da água é absorvida pelo solo e levada ao lençol

freático; outra parte, pela planta que transpira para a atmosfera.


Figura 23 – Esquema, comparando a quantidade de água nas calhas dos telhados. (Fonte: DUNNET e KINGSBURY, 2004)

A cobertura vegetal, como mostrado na Figura 23, absorve e possibilita a

evapotranspiração de uma parte significativa da água da chuva, escoando o restante

para as calhas do sistema pluvial da edificação. Já em superfícies duras, a água é

escoada rapidamente, levando consigo várias partículas depositadas sobre a

superfície do telhado, com destino aos sistemas de captação pluvial da edificação e

urbano e despejadas nas águas dos rios ou do mar.

Segundo Dunnet e Kingsbury (2004), na cidade de Portland, no Estado de

Oregon, EUA, o uso de coberturas vegetais é incentivado para diminuir os impactos

causados nos rios, pois uma quantidade de poluentes era levada dos telhados e das

ruas, pela chuva, até os rios através da drenagem urbana, prejudicando a produção

de salmões neles realizada.

A transferência de área vegetal substituída pela construção, para o seu

topo, torna-se uma ótima solução pelas vantagens construtivas e a diminuição dos

efeitos citados anteriormente. Em algumas cidades, há incentivos para uma

porcentagem ser de área permeável, como o caso pioneiro da cidade de Stuttgart,

na Alemanha. Com o apoio de programas municipais de incentivo a coberturas

vegetais, no começo de 1980, através de instrumentos, tais como plano diretor,

premiações, apoio financeiro e a utilização do sistema em edifícios municipais,

determinaram a estabilização de coberturas vegetais no desenvolvimento urbano.

Segundo Evert (2004), construiram-se 139.354 m2 de coberturas vegetais em

Stuttgart, na Alemanha, até o ano de 2004. O programa foi bem sucedido e copiado

por várias outras cidades.


A poluição, gerada na cidade por partículas liberadas de veículos

automotores e metais pesados contidos na atmosfera, causa danos à saúde da

população urbana. As superfícies vegetais além de filtrar essas partículas quando

chove, podem também absorver gases poluidores.

Os centros urbanos de maior densidade têm temperaturas maiores em

relação às zonas rurais da cidade. Isso ocorre, pois foram substituídas áreas

permeáveis com árvores, arbustos e gramados por áreas impermeáveis de asfalto e

concreto. Conforme Lötsch (1981), na cidade de Reinbek, as temperaturas do ar no

verão foram de 4º a 11ºC mais altas nos centros da cidade em comparação às

zonas rurais.

A impermeabilização do solo e o aumento da re-irradiação solar nos

centros urbanos aumentam a quantidade de chuvas e, com uma drenagem ruim,

majora os riscos de alagamento. Essas chuvas podem, como no caso de São Paulo,

ser ácidas pela quantidade de poluição contida na atmosfera. Na região de

Florianópolis, as chuvas de verão castigam muitas regiões, principalmente nas

encostas de morros, ocorrendo deslizamentos e inundações nas áreas mais baixas.

A utilização dessas coberturas em encostas também poderia contribuir para o

retardamento das águas pluviais.

De acordo com Silva (2003), as coberturas vegetais, tais como lajes,

jardins, coberturas ajardinadas e telhados ecológicos, contribuem para o

melhoramento da paisagem urbana pelos valores visuais, recreativos e ambientais.

No entanto, essa contribuição somente poderá se maximizar quando a cobertura

vegetal estiver inserida na malha urbana, no nível da passagem de pedestres. As

coberturas, tratadas neste trabalho, no topo de edificações e muitas vezes fora do

contato direto humano, contribuem somente no aspecto ambiental, como, por

exemplo, na diminuição de temperatura, na melhoria da drenagem e até mesmo

como área de lazer privativa.

Atualmente, a retenção de água é um dos temas em que se concentra a

maior quantidade de estudos, através de análises comparativas entre diferentes

materiais e sistemas de coberturas.

Na pesquisa efetuada na cidade de São Carlos, São Paulo, Morais (2004)

compara medições de temperatura no interior de uma edificação de 5,23x3,60m,

com 2,21m de altura, dividida ao meio, sendo a metade com cobertura vegetal de

22cm de substrato e uma cobertura em laje impermeabilizada. Nos resultados, as


maiores diferenças entre as medições de temperatura do ar realizadas no interior

dos ambientes foram de 1,2ºC no inverno e 3,8ºC no verão. O período de medição

foi: 05 a 12 de julho como situação de inverno e de 15 a 22 de outubro como

situação de verão.

Figura 24 – Edificação para medições em São Carlos (MORAIS, 2004)

Figura 25 – Protótipos construídos na USP (VECCHIA et all, 2006)

Tabela 4 – Temperaturas internas do ar (tbs) nos sistemas de cobertura (Fonte: VECCHIA, 2005)

tbs (ºC) cerâmica

tbs (ºC) aço galvanizado

tbs (ºC) fibrocimento

ondulada 6mm

tbs (ºC) laje concreto

tbs (ºC) cob leve verde

temp ar ext (ºC)

Máxima 30.4 45.0 31.0 34.7 28.8 34.0 Média 24.1 26.5 24.5 27.1 22.4 27.2

Mínima 15.2 11.5 14.4 14.8 16.2 12.7 A (Amplitude

térmica) 15.2 33.4 16.5 19.9 12.6 21.4

Já no estudo de Vecchia (2005), realizado na Escola de Engenharia de

São Carlos, USP, foram construídos cinco protótipos de 2,7x2,2m e altura de 2,9m,

diferenciando apenas os sistemas de cobertura para avaliação térmica simultânea e

comparativa. Os protótipos foram construídos com tijolos maciços, incluindo porta e

janela. As coberturas utilizadas foram de aço galvanizado, fibrocimento de 6mm, laje

de concreto impermeabilizada, cobertura com telhas de barro e cobertura vegetal

com 10cm de espessura. Os resultados de desempenho térmico da Tabela 4, no

período de 4 a 10 de outubro de 2004, demonstram que a cobertura vegetal tem

uma amplitude térmica menor entre os sistemas propostos no estudo.


2.6. FLUXO DE CALOR DA COBERTURA VEGETAL

Os fluxos de calor das coberturas vegetais dependem dos materiais

empregados e da cor do mesmo. Na Figura 26, pode-se notar a diferença entre o

fluxo de calor de uma laje impermeabilizada e uma cobertura vegetal extensiva. Com

a radiação global de 5.354W/h nos dois modelos o calor latente4 na laje é muito

superior ao da cobertura vegetal, com diferença de aproximadamente 1.000W/h.

Essa diferença é obtida através do fenômeno de resfriamento por evapotranspiração

do vegetal (ver item 2.3).

Figura 26 – Diferença de fluxo de calor entre uma laje e uma cobertura vegetal (SCHMIDT, 2002) 4 É a quantidade de calor que uma unidade de massa de determinada substância deve receber para mudar de estado físico.


Para efeito de isolamento térmico, podem-se considerar os seguintes

itens da cobertura vegetal em uma edificação:

a) através do colchão de ar formado pela vegetação que, quanto mais denso

e espesso, maior é;

b) uma parte de radiação calórica de onda longa emitida pelo edifício é

refletida pela folha do vegetal e outra parte absorvida, diminuindo a perda de

radiação de calor do edifício;

c) a densa vegetação impede que o vento chegue à superfície do substrato.

Sem a movimentação de ar, a perda de calor por convecção (efeito do vento) é

quase nula, diminuindo o consumo de energia;

d) quando a temperatura do exterior é mais baixa, geralmente de manhã, a

perda de calor da parte de dentro para a parte de fora é maior, formando-se orvalho

na vegetação. Conforme Minke (2004), essa formação aumenta a temperatura, pois

na condensação de 1g de água, libera-se 2217J de calor.

As diferenças entre vegetações para a melhoria do isolamento térmico

são bastante significativas e dependem muito da espécie de vegetal. De acordo com

um estudo desenvolvido pelo laboratório de Investigação de Construção

Experimental da Universidade de Kassel, Alemanha, os vegetais que formam pastos

são os melhores por terem um índice de área de folha verde por metro quadrado de

cobertura maior, seguindo os valores da Tabela 5.

Tabela 5 – Superfícies de folhas por metro quadrado (fonte: MINKE, 2004)

Superfície de folha de diferentes espécies de vegetação Vegetação estudada Superfície de folha c/ m2 de superfície

de solo ou de muro Gramado: 3 cm de altura 5 cm de altura

6 m2 9 m2

PRADERA com pastos de 60 cm de altura

Até 225 m2

Teto de pasto no verão Mais 100 m2 Sedum até 8 cm de altura 1 m2 Sedum muito denso até 10 cm de altura

2,4 m2

VID SILVESTRE em fachada: 10 cm de espessura 20 cm de espessura

3 m2 5 m2

Hera em fachada de 25 cm de espessura

11,8 m2

Del Barrio (1998) apresenta um modelo matemático para o

comportamento térmico de um telhado vegetal. Levando em consideração

parâmetros, como o índice de área de folha (chamado LAI – Leaf Area Index) e sua


característica geométrica, a densidade aparente do solo, sua espessura e a

composição da mistura, chega à conclusão de que a propriedade da cobertura

vegetal é de isolamento térmico e não de resfriamento, reduzindo o fluxo de calor.

Segundo Morais (2004), o programa Jardim 1.0, utiliza o índice de área foliar. Esse

programa estima as temperaturas superficiais da vegetação com base no modelo

proposto por Penman-Monteith para o cálculo da evaporação da água em

superfícies ao ar livre, segundo a equação abaixo:

A equação é uma combinação dos estudos de Penman e Monteith.

Penman desenvolveu, em 1948, uma equação que calcula a evaporação da água

em superfícies ao ar livre segundo registros climatológicos padronizados como

radiação solar, temperatura do ar, umidade relativa e velocidade do vento. Monteith

inclui na equação fatores como resistência aerodinâmica e resistência ao fluxo de

vapor pela folha.

A carga de ventos, bem como a quantidade de radiação solar, também

age, sobretudo, na evaporação e têm influência na espécie de planta a ser usada.

Com maior altura da edificação, maior será a ação de ventos e, com isso, a

evaporação de água das plantas. Também para coberturas inclinadas, voltadas para

orientações com maior radiação solar, o solo secará mais rapidamente,

necessitando de diferentes espécies de plantas resistentes a essa característica.

Com menores temperaturas de superfície, diminuem-se os redemoinhos

de vento comumente causados em coberturas de laje. Esses redemoinhos são

responsáveis pelo aumento da poluição do ar, retirando a fuligem depositada na

cobertura, retornando-a novamente para a atmosfera.

2.7. POLUIÇÃO SONORA

A poluição sonora é caracterizada pela emissão de ruídos em limites

perturbadores da comodidade auditiva, exceto das fontes naturais de emissão de

ruído que geralmente não causam poluição sonora, dado seu caráter intermitente ou

ocasional. Já as fontes artificiais são geralmente as causadoras de poluição sonora,

como ocorre com as emanações provenientes das atividades humanas nas


aglomerações urbanas, porque é pela intensidade e ininterrupção do barulho que é

causado o dano ao ouvido humano. Enfim, a poluição sonora ocorre quando, além

de intenso o ruído, é ele também ininterrupto, constante e freqüente, com o que o

ouvido humano dificilmente se acostumará.

As plantas podem contribuir para a redução do ruído mediante reflexão,

deflexão (dispersão) e absorção sonora, transformando a energia sonora em energia

calorífica ou de movimento. Normalmente, as coberturas vegetais reduzem o som,

nas ondas de alta freqüência, que são consideradas mais incômodas ao ouvido

humano.

De acordo com os estudos de Minke (2001), 12cm de solo podem reduzir

a intensidade acústica em 40dBA, já 20cm de solo reduz entre 46-50dBA. A análise

desconsiderou a camada de vegetal, podendo ainda contribuir para a redução.

A contribuição de áreas vegetais para reduzir a poluição sonora urbana

nas cidades é melhor se presente no nível da superfície, como o caso de parques e

jardins. Porém, como citado no final do item 2.5, não é descartado o uso de vegetais

em coberturas, adicionando-se essas às áreas verdes da cidade e aumentando os

benefícios já citados.

2.8. PREVENÇÃO DE INCÊNDIO E RISCOS

A vegetação pode ajudar na diminuição do alastramento do fogo,

principalmente nas situações em que o solo estiver saturado. Também se sabe que

se a vegetação estiver seca, teremos o efeito totalmente inverso, sendo combustível

para o alastramento do fogo. Como solução, Dunnet e Kingsbury (2004) sugere a

utilização de caminhos de pedra ou cimento, funcionando como uma espécie de

barreira no perímetro de toda cobertura. Também existem vegetais com capacidade

de acúmulo de água no seu interior, como o caso das plantas do gênero sedum e

até a colocação de sprinklers por toda a cobertura, funcionando como irrigação e

sistema anti-incêndio.

Nos telhados vegetais extensivos, contudo, o alastramento do fogo não é

um problema em potencial, pois as plantas, na sua maioria, são rasteiras,

oferecendo pouco combustível ao fogo.

3 - Projeto de Coberturas Vegetais 45

3. PROJETO DE COBERTURAS VEGETAIS

A cobertura vegetal é um espaço gerado pela adição de camadas de solo

e plantas nas coberturas das edificações. Para se construir essa cobertura, devem-

se levar em consideração vários fatores que influenciam no seu bom desempenho,

tais como a estrutura de apoio, a região em que se localiza e a espécie de

vegetação.

Neste trabalho, o foco são os telhados vegetais extensivos, com uma

pequena espessura de camada do solo e plantas especializadas. As características

descritas neste capítulo valem tanto para soluções de pequena ou grande escala,

desde que atendam aos requisitos de estanqueidade, durabilidade e baixa

manutenibilidade.

3.1. CONSIDERAÇÕES ESTRUTURAIS

As diferentes categorias de coberturas vegetais, extensivas e intensivas,

não são caracterizadas somente no âmbito vegetal, como as diferentes espécies e

seus respectivos portes, mas também pela diferença da camada de substrato que a

planta necessitará, requerendo menor ou maior espessura. Segundo Dunnet e

Kingsbury (2004), para projetos de coberturas vegetais, os pesos a serem

considerados num pré-dimensionamento são de 70 e 170 kg/m para coberturas

extensivas, de 15 a 25cm de substrato. Valores acima desses valores consideram-se

intensivas, com pesos maiores que 170 kg/m2.

Cada país define, em suas instruções normativas, as cargas em

coberturas, levando em consideração acessos de manutenção, peso do cobrimento

de neve ou água da chuva e ventos, conforme Tabela 6 e Tabela 7.

Tabela 6 – Peso de materiais para substrato (Adaptação: ABNT e DUNNET e KINGSBURY, 2004)

Material para substrato (kg/m3) Material para substrato (kg/m3)

Brita ou seixo 1000-1500 Água 1000

Pedra pomes 650 Pedra vulcânica (escória) 800

Cerâmica (barro) 1000-2000 Perlita 500

Areia seca 1500 Vermiculita 100

Terra argilosa seca 1700-2000 Argila Expandida < 400


Tabela 7 – Peso de materiais da construção civil (Adaptação: ABNT)

Material (kg/m3) (kg/m3)

Granito 2300-3000 Lã de vidro 10-100

Mármore/calcáreos > 2600 Poliestireno expandido moldado 15-35

Ardósia, xisto 2000-2800 Membranas betuminosas 1000-1100

Basalto 2700-3000 Policloreto de vinila (PVC) 1200-1400

Concreto normal 2200-2400 Madeira (densidade elevada) 800-1000

Concreto leve 400-1600 Madeira (densidade baixa) 570

Argamassa comum 1800-2100 Alumínio 2700

Placas fibro-cimento 1800-2700 Aço, ferro fundido 7800

Para se determinar o peso de uma cobertura vegetal, deve-se observar

principalmente a camada do solo, responsável pela maior influência no peso total

que, dependendo da classificação do telhado, pode indicar a espessura desejada.

Considera-se o peso saturado para definir a carga atuante na estrutura da edificação

e o peso insaturado para verificação das forças de sucção atuantes na estrutura de

cobertura.

3.2. CONSIDERAÇÕES EM TELHADOS INCLINADOS COM VEGETAÇÃO

Um dos principais problemas associados à inclinação dos telhados com

vegetação é o acúmulo de substrato para as partes mais baixas do telhado e a

perda de substrato da cumeeira e espigões, podendo acarretar na morte dos

vegetais. Esse escorregamento acontece pela falta de aderência, causada pela

própria inclinação, sendo necessários dispositivos para assegurar a rugosidade ou

apoio ao substrato.

Minke (2001) descreve a utilização de coberturas vegetais na Alemanha

com até 40º (84%) de inclinação. Na Figura 27, podem-se observar os telhados do

condomínio com inclinações elevadas e sem problemas relacionados à perda de

substratos ou morte das espécies na região da cumeeira.


Figura 27 – Condomínio em Dösseldorf, Alemanha, com coberturas verdes. Projeto dos arquitetos Bookhoff e Rentrop (Fonte: MINKE, 2001)

Quando não existe a determinação das forças de cisalhamento, atuantes

entre as camadas de substrato e membranas anti-raiz, Dunnet e Kingsbury (2004)

sugere uma inclinação máxima de 17% ou 9,5º. Utilizando-se de barreiras

horizontais, com montagem de canteiros (containers) ou com o plantio de mantas de

vegetação, constrói-se em até 40º de inclinação.

3.3. AÇÃO DE VENTOS EM COBERTURAS

Os fenômenos relacionados à ação de ventos, já conhecida nos telhados

convencionais, são definidos pela NBR 06.123 - Forças devidas a vento em

edificações. As estruturas de telhados são submetidas à ação dos ventos,

principalmente pelos efeitos de sucção e sobrepressão, variando de acordo com a

localização na superfície dos telhados, sendo pequena no centro e grande próximo

aos cantos e das linhas perimetrais.

Nas coberturas vegetais, a ação dos ventos atua de modo similar, porém

os resultados têm outras características. A rugosidade da superfície e a

possibilidade de passagem de ar por entre a capa de plantas provocam a diminuição

da pressão entre a parte superior e a inferior da vegetação, diminuindo

consideravelmente o efeito de sucção dos ventos. Também o entrançamento das

raízes distribui as forças uniformemente para toda a cobertura, ao contrário do que

acontece em coberturas com telhamento. Minke (2004) destaca que as normas

definidas pela Associação Alemã de Jardinagem em Telhados em edificações com


até 8 m de altura, as pressões variam entre 0,4 kN/m2 nas áreas centrais e 0,8

kN/m2 nas perimetrais. Já em telhados de 8 m a 20 m de altura, as pressões são de

0,65 kN/m2 e 1,3 kN/m2. Para se caracterizar como zona perimetral de uma

cobertura, considera-se 1/8 da largura do telhado, com o mínimo de 1 m e máximo

de 2 m.

Também, segundo Minke (2004), a ação de ventos atuantes em

coberturas demonstrou que um telhado com camadas de pedras nas partes

perimetrais do telhado são submetidas à sucção com os ventos e que a mesma

cobertura vegetal com 15 cm de substrato não apresenta tensões significativas.

A ação dos ventos, mais acentuada em edificações altas, assim como a

quantidade de radiação solar, influencia na evaporação da água, e pode definir a

espécie de planta a ser usada. Na região de Florianópolis, coberturas orientadas ao

Norte apresentarão estas duas características, pois o vento predominante e a maior

quantidade de radiação solar são oriundos desse quadrante.

Mesmo com a redução da velocidade dos ventos dada pela superfície

rugosa vegetal, Dunnet e Kingsbury (2004) recomenda a colocação de faixas

pavimentadas nas regiões perimetrais das coberturas. Com isso, são reduzidos

problemas de maior pressão nessas áreas, assim como os danos causados pelas

raízes da vegetação nas bordas das membranas de impermeabilização, expostas

nas laterais do telhado.

3.4. SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO EM COBERTURAS VEGETAIS

Em coberturas vegetais constituídas por plantas adequadas e substrato,

pré-dimensionados para as condições específicas, certamente não haverá

necessidade de irrigação periódica. Sempre que possível, deve-se evitar essas

iniciativas, bem como a fertilização do solo, além do obtido naturalmente com o

depósito de materiais orgânicos.

Havendo necessidade de irrigação, para evitar o desperdício de água

tratada, é recomendada a utilização de água reaproveitada da chuva, guardada em

cisternas ou até utilizar as águas cinzas de lavatórios e chuveiros, devidamente

tratadas e filtradas. Assim se reforça a estratégia bioclimática de Resfriamento

Evaporativo, uma opção a ser considerada em locais muito quentes e com poucas

chuvas.


Segundo Dunnet e Kingsbury (2004), existem algumas opções de

irrigação utilizadas em coberturas vegetais, são elas:

a) chuveiros automáticos ou sprinklers instalados que pulverizam água sobre

as plantas. Porém, deve-se evitar a utilização de água tratada;

b) sistemas de tubulação enterrados que conduzam água no substrato ou

por sobre a superfície, também considerando a fonte de água;

c) sistemas capilares, com a colocação de membranas que absorvam e

retenham a água, liberando-a quando o solo necessita. Para esse sistema, a

espessura do solo deve ser considerada, a fim de permitir que a raiz da planta

consiga obter a água armazenada;

d) Sistemas de retenção que acumulam água em uma camada abaixo do

substrato, abastecidos através da percolação5 da água da chuva, conforme citado no

item 3.5.3.

3.5. CONSTRUÇÃO DE COBERTURAS VEGETAIS

É possível construírem-se coberturas vegetais sobre qualquer sistema

estrutural, executados em madeira, perfis e chapas metálicas, concreto, plásticas e

com outros compósitos.

Segundo Dunnet e Kingsbury (2004), os modelos contemporâneos de

coberturas vegetais construídos são baseados nos desenvolvidos pelos alemães.

Companhias como a ZinCo® e a Optigrün®, têm seus sistemas e componentes

patenteados, mas a essência utilizada nos modelos é a mesma. Dentre as camadas

necessárias há a de impermeabilização, anti-raiz, drenagem, solo e a de vegetação.

No lugar de analisar as diferentes maneiras de construção de uma

cobertura vegetal, neste trabalho, descrevem-se subcoberturas necessárias para o

bom desempenho construtivo, bem como as suas respectivas características.

5 Movimento lento da água através de interstícios, poros ou fissuras de uma substância, sob pressão hidrodinâmica e por ação da gravidade. A percolação transporta também elementos nocivos, como substâncias trazidas ou contidas na água (Fonte: AMBIENTE BRASIL, 2006).


3.5.1. Sistemas de impermeabilização para coberturas

Existem dois grupos de sistemas de impermeabilização, rígida e flexível,

apresentados na Tabela 8. Neste trabalho, o foco são as flexíveis, pela facilidade e

trababilidade que apresentam em adaptar-se aos diferentes sistemas estruturais de

coberturas.

Tabela 8 – Tabela de classificação dos sistemas de impermeabilização

Impermeabilização rígida Impermeabilização flexível

Argamassa impermeável com aditivo hidrófugo Mantas asfálticas

Argamassa polimérica Mantas elastoméricas ( Butil, EPDM, etc. )

Cimento modificado com polímero Geomembranas PVC

Cimento cristalizante para pressão negativa e

bloqueadores hidráulicos Geomembranas de PEAD

Membranas de epóxi

Dentre os sistemas flexíveis, existem as membranas asfálticas, acrílicas,

membrana à base de elastômeros, membranas poliuretânicas.

A impermeabilização é uma das principais camadas necessárias em

telhados vegetais. É importante, na discriminação para projetos, observar a sua

efetividade e durabilidade. No mercado brasileiro, existem várias membranas, as

mais utilizadas nos sistemas de impermeabilização de coberturas são:

a) Membranas de Betume-Polímeros – são constituídas por uma mistura

betuminosa modificada por uma resina, plastomérica ou elastomérica.

b) Membranas Termoplásticas – as mais conhecidas são as de policloreto

de vinila (PVC) plastificado; as de mais recente divulgação são as de poliolefinas

(TPO ou FPO).

c) Membranas Elastoméricas – podem ser vulcanizadas ou não

vulcanizadas. Contam-se entre as membranas vulcanizadas em fábrica as de

monômero de etileno-propileno-dieno (EPDM) e as de borracha butílica. Nas não

vulcanizadas em fábrica, incluem-se as de poli-isobutileno (PIB) e as de polietileno

clorado (CPE). Nessas últimas, poderá ocorrer um processo de cura de

características idênticas à vulcanização, após aplicação em obra.

A durabilidade das membranas varia, aproximadamente de 15 a 20 anos,

de acordo com as características dos produtos e dos fabricantes. Essa durabilidade

pode diminuir através da sensibilidade aos raios ultravioleta e também por serem


suscetíveis às raízes das plantas, pois são materiais orgânicos, com base petrolífica;

portanto, torna-se necessário o uso de membranas de proteção anti-raiz. Segundo

testes realizados por Pennigsfeld (1981), foi observado que impermeabilizações de

betume foram atravessadas por raízes de plantas e que existem microorganismos

que vivem nas suas extremidades, dissolvendo materiais de base betuminosa.

As membranas de impermeabilização necessitam de uma camada de

proteção para diminuir a deterioração causada pela radiação solar e variações

dimensionais oriundas das amplitudes térmicas diárias. Para tal, existem várias

soluções como coberturas ventiladas, invertidas e a própria cobertura vegetal, com o

objetivo de aumentar sua durabilidade e diminuir custos com manutenção.

3.5.2. Barreira de proteção contra raízes

Como existem membranas de base orgânica na impermeabilização de

coberturas que não resistem à propagação das raízes e à atividade de

microorganismos, há necessidade de utilização de barreiras, protegendo essa

camada. Materiais betuminosos com filmes metálicos em uma das faces, como o

caso do alumínio, garantem a propriedade de repelir as raízes. Também existem

mantas preparadas com tecidos herbicidas na sua composição, porém a sua

durabilidade não é garantida, pois sua estrutura ainda é composta por material

orgânico, possibilitando o ataque de raízes em locais fragilizados, como o caso das

juntas.

Grande parte das membranas de impermeabilização utilizadas em

coberturas vegetais é à base de PVC, com espessuras que variam de 0,8 a 1mm.

Esses produtos apresentam elevada durabilidade, eliminando substituições e

desperdícios, podendo ser soldados a quente, reduzindo possíveis vazamentos e

até mesmo ser reciclado.

Na execução de uma manta de proteção, deve-se cobrir toda a extensão

da manta de impermeabilização, incluindo as áreas perimetrais, evitando, assim,

problemas com as raízes nos cantos. Deve-se ter especial cuidado com as bordas,

já que esses produtos costumam perder seu desempenho quando expostos aos

raios solares ultravioleta.


3.5.3. Camada drenante na cobertura vegetal

Através da precipitação, a água pluvial terá vários destinos no ambiente.

Um deles é a evaporação diretamente do solo, quando seco e quente, pela

superfície da planta, pelas raízes ou até pelas próprias folhas e também de se

agregar a partículas e preencher espaços vazios do solo. O excesso irá lentamente

para o lençol freático através da percolação.

Na cobertura vegetal, acontece de forma semelhante. A boa drenagem

pode servir para estabilização do sistema, separando a parte do substrato da

captação de águas. Com a remoção do excesso de água do solo, previne-se sua

saturação ou o possível escorrimento da água por sobre o substrato, sem sua

captação.

Se a drenagem é inadequada, pode comprometer o bom desempenho

das membranas impermeabilizantes. O contato com a água, ou solo úmido, faz com

que, em coberturas planas, se armazene água, ocorrendo percolação e gerando

problemas patológicos na estrutura de suporte. Segundo Peck (1999), coberturas

planas sem vegetação são mais suscetíveis a danos, após 5 anos, do que as

inclinadas a 5º, pois armazenam água na superfície, no lugar do seu escoamento

pelos sistemas de drenagem.

Para coberturas extensivas, espera-se que a vegetação seja durável e

com baixa manutenção, tolerante a secas e solos totalmente saturados. Se o

substrato permanecer úmido por muito tempo, inibe o crescimento das plantas e o

seu enraizamento, deixando-as em condições anaeróbias.

Existem três soluções construtivas comumente utilizadas em camadas

drenantes de coberturas vegetais:

a) materiais granulares – materiais granulares ásperos, como

cascalho, pedriscos, pedaços de pisos cerâmicos e argila expandida, que mantêm

espaços de ar entre eles quando colocados juntos formando uma camada. Os poros

deixarão a água correr das camadas de terra e vegetação acima, sendo a maneira

mais primitiva de obtenção do seu escoamento.

b) Tecidos porosos – esses materiais absorvem água, como

esponjas, através de sua estrutura, filtrando-a. Uma opção é a reutilização de

carpete, tapetes ou roupas, conforme o estudo de Trebilcock (1998). Além da água


proveniente da chuva ou irrigação, esse material também pode absorver a umidade

do solo.

c) Módulos de plástico ou poliestireno – diferem no desenho

conforme cada fabricante, existindo vários modelos para cada peculiaridade do

telhado. São bastante resistentes para suportar o peso do solo e da vegetação,

sendo somente colocados sobre a superfície da cobertura. Esses elementos

possibilitam uma boa drenagem, com pouco peso próprio; eles também armazenam

água e são responsáveis pela transpiração de vapor de água pelo solo, conforme

Figura 28.

Figura 28 - Esquema do funcionamento dos módulos de plástico (LOHMANN e BARTH, 2006)

Nas coberturas vegetais inclinadas, os regimes de umidade variam de

acordo com a altura. No topo, são mais secos que nas partes mais baixas, podendo

ser resolvido simplesmente pela diferenciação da espécie vegetal. Onde se localiza

a drenagem, deve-se manter a vegetação afastada, para um bom escoamento de

água, diminuindo o risco de invasão de raízes e do próprio vegetal que dificulta o

escoamento da água.


Figura 29 – Sobreposição da camada filtrante (Fonte: J-DRain GRS, 2006)

Na utilização desses tipos de drenagem é recomendado o uso de

membranas filtrantes e tecidos de polipropileno semi-impermeável, colocados sobre

a camada drenante, evitando a perda de nutrientes do solo e a obstrução das

tubulações e calhas. Deve-se observar a sobreposição entre as emendas das

membranas filtrantes, no sentido do declive, por aproximadamente 20 cm, como

ilustrado na Figura 29.

3.5.4. Substrato para cobertura vegetal

Para coberturas vegetais extensivas, com pouca manutenibilidade e boa

durabilidade, o substrato ideal é a combinação entre a eficiência em absorver e reter

água e ao mesmo tempo ter uma boa capacidade drenante. Essa solução pode ser

obtida através da mistura de minerais granulares que absorvem água e ao mesmo

tempo são porosos para a drenagem.

A leveza do solo é também uma propriedade desejável, reduzindo os

custos estruturais da edificação. A porcentagem ideal é entre 30% a 40% de

substrato e 60% a 70% de poros, tendo uma boa retenção de umidade e capacidade

de aeração nas raízes das plantas.

Solos encontrados em jardins, no geral, não são adequados para

coberturas extensivas, por serem muito férteis, fazendo com que as plantas cresçam

densamente, diminuindo sua capacidade de regeneração, tornando-as mais

suscetíveis às mudanças climáticas. O material orgânico desses solos tendem a

oxidar-se, diminuindo o substrato e a capacidade de armazenar a água.


A argila tem uma ótima propriedade de absorção e armazenamento de

água, porém seus grãos finos podem formar uma camada impermeável que, quando

saturada, dificulta a drenagem do substrato.

A maioria dos substratos comercializados é composta por materiais

inorgânicos, cujas propriedades possibilitam o armazenamento de água. Esses solos

são produzidos com as características melhoradas, existindo misturas diferentes

para cada espécie de vegetal.

De outro modo, os minerais naturais, que incluem areia e rocha ígnea

extrusiva, podem ser utilizados como uma alternativa, devendo misturá-los a outros

que armazenem água. Materiais artificiais, tais como vermiculita e perlita6, facilitam a

circulação de água e ar pelo solo. Também existem outras opções, utilizando

materiais de construção reciclados como tijolos ou pisos cerâmicos moídos e

misturados ao solo.

Tabela 9 – Tabela de materiais para formação do solo de coberturas vegetais (Adaptação: DUNNET e KINGSBURY, 2004)

Materiais Propriedades

Minerais naturais

Areia Textura fina resulta na falta de poros e problemas de saturação do substrato se a drenagem for ruim. Inversamente, a areia grossa pode ser livre de um sistema de drenagem, mas requerer constante irrigação.

Pedra pomes Leve e de valor, se encontrado no local. Cascalho (Gravel) Relativamente pesado

Minerais artificiais

Perlita Partículas tendem a se desintegrar com o tempo. Vermiculita Muito leve, porém não tem capacidade de armazenar água ou

nutriente, podendo se desintegrar com o tempo. Argila expandida Leve e têm muitos poros pelo seu tamanho, absorvendo

água. Lã de rocha Muito leve, porém necessita de muita energia para sua

produção e não armazena nutrientes. Materiais reciclados

Blocos ou pisos cerâmicos Estável e uniforme, tendo propriedade de armazenamento. Os blocos usados podem conter argamassa e cimento, aumentando o pH do substrato.

Concreto moído Retenção de umidade limitada ou disponibilidade de nutrientes, alcalino. Mesmo assim, é barato e disponível em quantidade como material de demolição.

Subsolo Pesado, baixa fertilidade e disponível facilmente como um subproduto7 da construção.

Os materiais são classificados em três categorias, conforme Tabela 9:

naturais, artificiais e reciclados. Pode-se misturá-los de modo a obter um melhor

6 Minerais expandidos através do calor, formando grânulos. 7 Substância produzida durante a fabricação ou destruição de outra.


desempenho construtivo da cobertura vegetal de acordo com a espécie de vegetal

plantada.

3.5.5. Camada vegetal da cobertura

Para a escolha da camada vegetal a ser plantada na cobertura, devem-se

considerar quatro fatores: o cobrimento e fixação no menor espaço de tempo; a

capacidade de se auto-reparar, cobrindo espaços que morreram ou secaram por

exemplo; a capacidade de transpiração e a capacidade de sobreviver às condições

climáticas específicas das coberturas.

Laar et all (2001) analisaram cinco espécies de plantas, identificando a

Tradescantia pallida e Senico confusus dentre as que apresentaram melhores

condições de adequação para o clima do Rio de Janeiro. Köhler et all (2003)

mostram que as espécies de vegetação mais adequadas para coberturas extensivas

são vegetações rasteiras. Ele destaca algumas espécies nativas do Brasil com

potencial para a aplicação em coberturas:

A. hybridus, A. spinosus Acanthospermum australe Aeschynomene rudis Ageratum conyzoides Amaranthus deflexus Ambrosia elatior Artemisia verlotorum B. plantaginea, B. purpuracens Bidens pilosa Borreria alata Brachiaria decumbens C. ferax, C. rotundus Cassia ocidentalis Cenchrus echinatus Chenopodium ambrosoides Cleome affinis Commelina benghalensis Croton glandulosus, Cynodon dactylon Cyperus esculentus D. insularis

Digitaria horizontalis Eclipta alba Eleusine indica Emilia sonchifolia Erigeron bonariensis Eupatorium pauciflorum Euphorbia brasiliensis Gamaochaeta spicata Hyptis suaveolens Ipomoea acuminata, I. Jaegeri hirta L. virginicum Leonitis nepetaefolia Leonurus sibirica Lepidium pseudodidymum Mollugo verticillata Mormodica charantia Oxalis oxyptera P. setosum Panicum maximum Pannisetum clandestinum Parthenium hysterophorus

Paspalum maritimum Phyllanthus corcovadensis Polygonum persicaria Porophyllum ruderale Portulaca olearacea Rhynchelitrum roseum Richardia brasiliensis S. nigrum S. rhombifolia, S. spinosa Senecio brasiliensis Setaria geniculat Sida cordifolia Siegesbecjia orientalis Silene gallica Sinapsis arvensis Solanum americanum Sonchus oleraceus Sorghum halepense Stachys arvensis Tagetes minuta Waltheria indica Xantium cavanillesi

Normalmente, espécies xerófitas8 apresentam maior resistência e podem

sobreviver nas condições extremas da cobertura. Assim, a lista de espécies aqui

8 Plantas que vivem em regiões com pouca água, adaptada a climas secos.


descritas pode ser ampliada, em função da biodiversidade existente na região sul do

Brasil.

Neste trabalho, evitou-se o uso de espécies exóticas. Por essa razão,

escolheu-se a gramínea existente na região onde se construíram os protótipos, pela

facilidade de transplante e pelo baixo custo.

3.5.6. Sistemas de plantio de coberturas vegetais

A multiplicação das plantas se dá por diferentes processos. Segundo

Lorenzi e Souza (1999), os vegetais anuais e bienais se multiplicam exclusivamente

por sementes, já os vegetais perenes, por semente, estaquia, alporquia, mergulhia

ou divisão de touceiras, dependendo da própria planta ou sua facilidade de

multiplicação. Para coberturas vegetais, pode-se utilizar qualquer um desses

métodos, dependendo da espécie escolhida.

Segundo Dunnet e Kingsbury (2004), são utilizados quatro métodos para

o ajardinamento de coberturas:

a) multiplicação por sementes ou estacas – pode-se fazer a semeadura

ao ar livre, tendo um substrato composto por 2/3 de terra vegetal e 1/3 de areia fina.

Após a semeação, irriga-se o substrato, cobrindo os sulcos abertos, sendo

conveniente a proteção nas horas mais quentes do dia. O substrato deve ser

alcalino, com pH entre 8 e 8,5. As desvantagens são os longos períodos para

estabilização e desenvolvimento do vegetal, impossibilidade para coberturas com

grande inclinação e com grande possibilidade de erosão do solo durante o seu

crescimento.

Na multiplicação por estacas, o segmento de um ramo é utilizado para

reprodução por meio de enraizamento. São obtidas em ramos herbáceos e

lenhosos, cortadas abaixo ou acima de um nó ou gema em bisel9. Após essa etapa,

colocam-se as estacas diretamente na cobertura, ou em recipientes para posterior

plantação.

b) Transplante de mudas – as mudas são feitas em estufas através de

semeação ou estacas, como no item acima. Após seu desenvolvimento, a

multiplicação na cobertura vegetal se fará pela manhã ou à tarde, precedida de uma

9 Corte feito no topo do vegetal, num plano inclinado ao eixo longitudinal.


irrigação. O crescimento normalmente ocorre em bandejas com pequenas

profundidades, entre 2,5 e 3,5cm, e seu transplante é menos agressivo, pois planta-

se junto com seu pequeno torrão, onde a planta cresceu.

Figura 30 – Mudas em estufas (Fonte: DUNNET e KINGSBURY, 2004)

Essa opção permite um “desenho” mais natural ou artístico da vegetação,

sendo mais adequada para coberturas de pequeno porte.

c) Mantas de vegetação ou leivas – as leivas de vegetação são

comumente utilizadas em jardins. Normalmente é a opção mais econômica e rápida

para se ter um gramado. Constituído de torrões de terra e gramíneas, só é

necessária sua colocação acima de um substrato preparado com 2/3 de areia e 1/3

de terra vegetal, com boa capacidade drenante.

Figura 31 – Manta de vegetação sendo retirada (Fonte: DUNNET e KINGSBURY, 2004)


Já as mantas de vegetação são compostas por vegetais plantados

através de semeadura, sobre mantas geotêxteis colocadas no solo, com pouco

substrato. As raízes crescerão e buscarão água e nutrientes no solo abaixo

formando uma manta vegetal, conforme mostra a Figura 31. Esse método consiste

na retirada da camada vegetal, transportado-a em rolos e colocando-a sobre a

cobertura com substrato, sendo uma boa opção para coberturas inclinadas. Devem-

se virar as arestas da manta para baixo, evitando que o vento a movimente antes da

fixação das raízes. O efeito é instantâneo, parecido com uma cobertura vegetal já

estabelecida.

d) Colonização espontânea – é a opção mais ecológica dentre os métodos

de plantação descritos, pois somente crescerão e sobreviverão plantas disponíveis e

totalmente adaptadas ao ambiente da cobertura. Essa é a opção de custo mais

baixo, sendo necessária somente a colocação de todas as camadas com exceção

do vegetal. Também se deve considerar o aspecto compositivo, pois a espécie que

crescerá pode não se adequar à composição do edifício. Em telhados inclinados,

como na semeadura, pode ocorrer erosão do substrato, sendo assim, essa é uma

opção para coberturas planas e com pouca inclinação, inacessíveis e não visíveis.

4 – Projeto e Construção do Protótipo 60

4. PROJETO E CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO

O sistema construtivo proposto para os protótipos utiliza o conceito de

fôrmas incorporadas com placas cimentícias com madeira mineralizada (PCM), de

modo a aliar as vantagens da pré-fabricação com painéis de grande formato e o

caráter monolítico do concreto. Com isso, obtém-se rapidez na montagem dos

painéis de vedação que, simultaneamente, servem como fôrmas da estrutura,

possibilitando a imediata concretagem da estrutura.

As chapas de PCM apresentam boas características de desempenho

térmico e acústico. Segundo Barry (2005), em pórticos de parede constituída por

placas de PCM com dimensões de 100x260x5cm, argamassadas nos dois lados,

têm uma resistência de 36dB, atendendo aos valores da ABNT para fachadas e

paredes internas. Quanto ao desempenho térmico, segundo estudo realizado por

Güths (2006), com corpo de prova composto por chapas de PCM de 25mm

rebocada em uma das faces, totalizando 37mm, o conjunto apresenta 0,242m2.K/W

para resistência térmica e 0,153W/m.K para condutividade térmica. Já a NBR 15.220

traz valores para aparas de madeira aglomeradas com cimento em fábrica de 2,3

m2.K/W para resistência térmica e 0,15W/m.K para condutividade.

A utilização dessas chapas promove um bom desempenho térmico nas

paredes, com objetivo de diminuir os ganhos térmicos através das vedações

verticais para o interior dos protótipos.

4.1. PROJETO

Seguindo os conceitos de qualidade na construção, o sistema proposto

incorpora métodos de produção da indústria da pré-fabricação, sendo um sistema

leve e de rápida montagem. As placas cimentícias de madeira mineralizada

apresentam facilidade de corte e de fixação, obtendo-se uma ágil montagem. A

incorporação das fôrmas possibilita diminuir desperdícios, substituindo a madeira,

normalmente descartadas após o uso.

O projeto dos protótipos está ilustrado pelas ilustrações das Figuras 32 à

37Figura 37, e o detalhamento de todas as peças, utilizadas na construção do

protótipo, está no Apêndice A deste trabalho.


Figura 32 – Planta

Figura 33 – Vista de topo

Figura 34 – Vista frontal

Figura 35 – Vista lateral esquerda

Figura 36 – Vista frontal

Figura 37 – Vista Lateral Direita

Os materiais empregados nas vedações verticais são placas cimentícias

de madeira mineralizada de dimensões 1000x2600x25mm, com câmara de ar de 12

cm, definida pela espessura dos pilares. A laje é de concreto armado de 5cm de

espessura, com fôrma em PCM de 2,5cm e inclinação de 8º, recomendada como

máxima para coberturas vegetais sem dispositivos horizontais de retenção do solo.


O projeto de cobertura vegetal fundamenta-se em conceitos apresentados

no capítulo 3, deste trabalho, variando a composição de suas camadas e materiais

para sua adequação às características regionais. Desse modo, as camadas

adotadas são: suporte estrutural, impermeabilização, camada drenante, manta

filtrante (e anti-raiz), solo preparado e vegetação.

A orientação da inclinação da cobertura dos protótipos é Norte, de modo a

obter maior incidência solar. Para evitar sombreamento durante o ano, o

distanciamento entre os protótipos é ilustrado pela Figura 38. Essa medida está de

acordo com a fórmula para obtenção da altura solar, levando em consideração a

latitude solar do local, que é 27º 36’, a declinação solar de 23º 27’ para o inverno e o

azimute de 0º que corresponde ao meio-dia.

onde: h= altura solar F= latitude do observador d= declinação solar A= azimute

Figura 38 – Sugestão para localização, evitando sombreamento dos protótipos

Os detalhamentos dos componentes dos protótipos são apresentados nas

Figura 39 à Figura 41, ilustrando a infra-estrutura em radier, os pilares e

revestimentos externo e interno e laje inclinada com PCM. Para cada etapa de

análise higrotérmica, utilizaram-se os seguintes sistemas de cobertura: laje de

concreto sem impermeabilização, telhamento de fibrocimento e cobertura vegetal.


Figura 39 – Detalhe da cobertura vegetal na parte de saída de água e suas camadas

As lajes também são compostas com placas de PCM, servindo de fôrma

para a sua concretagem e forro. Junto à laje também se concretaram vigas

perimetrais delimitando a cobertura, conforme mostra a Figura 40.

Figura 40 – Detalhe de montagem prévia da laje de cobertura


Figura 41 – Paredes com formas para pilares e vigas do protótipo

A cobertura vegetal está organizada em camadas, caracterizando a

construção de uma cobertura vegetal extensiva. Utilizou-se a vegetação do local da

construção, retirando-a em leivas e colocando-as acima das subcoberturas

preparadas, conforme mostra a Figura 39. Essa escolha levou em consideração as

espécies já aclimatadas ao ambiente, por ser uma opção mais econômica.

As camadas escolhidas são: impermeabilização com manta asfáltica

aluminizada; camada com areia e argila expandida; manta anti-raiz com propriedade

filtrante; substrato da própria leiva retirada do local e misturada com areia,

aumentando a capacidade de drenagem e armazenamento de água e a vegetação

do local.

A princípio, as camadas de impermeabilização e de drenagem seriam

diferentes, utilizando mantas PVC e bandejas de ovos impermeabilizadas. Porém, o

distribuidor da manta impermeabilizante não conseguiu fornecê-las em pequenas

quantidades, substituindo-as por uma manta asfáltica. Já nas bandejas, verificou-se

a impossibilidade de executar a impermeabilização, tanto pelo custo (se feita com

resinas) ou pela demora na aplicação e secagem (no caso da utilização de

hidroasfalto).

4.2. CONSTRUÇÃO

A construção do protótipo iniciou-se no dia 25 de maio de 2007 e

terminou, após a concretagem das lajes, no dia 04 de setembro de 2007. A seguir

são descritas as etapas da construção do protótipo até o complemento do trabalho

com a execução da cobertura de fibrocimento.


a) Locação dos protótipos

Com o auxílio de um relógio solar, procedeu-se à locação dos protótipos,

com a face voltada para o norte verdadeiro.

Através do Gráfico 2, com a diferença entre a hora legal e a hora solar, foi

possível calcular a diferença da hora local para a hora solar, aumentando assim a

precisão do norte solar. A hora legal se baseia no movimento do Sol médio; no

Brasil, obedece ao meridiano da cidade de Brasília. Assim, para se obter a

orientação correta, utilizou-se a hora solar da longitude em questão.

Gráfico 2 - Diferença entre a hora legal e a hora solar para Florianópolis

A linha contínua divide o gráfico: aos valores localizados para cima são

adicionados os minutos correspondentes, enquanto que, aos valores de baixo, os

minutos são subtraídos. Também existe uma diferença de 3º e 31’ de Florianópolis

(mais especificamente da localização do protótipo) em relação ao meridiano da hora

oficial que é o de 45º (- 3 horas).

Com estacas de madeira, martelo, fio de nylon e pregos, delimitou-se a

área de locação dos protótipos. Para o nivelamento, utilizou-se uma mangueira de

nível e, assim, procedeu-se à escavação do terreno.

Figura 42 – Escavação e nivelamento

Figura 43 – Preparo para base do radier


Após a escavação do terreno e seu nivelamento, obteve-se uma diferença

do protótipo da frente 23 cm mais baixo do que o dos fundos, diminuindo a medida

necessária entre ambos para evitar o sombreamento e um conseqüente erro na

obtenção das medições.

O material utilizado nessa etapa foi um relógio solar, gráfico da curva de

diferença entre a hora legal e solar, fio de nylon, pá de corte, pedaços de madeira,

martelo, prego e mangueira de 10 m com água.

b) Corte dos painéis

Com os painéis apoiados sobre cavaletes, foram cortados com serra

elétrica manual com disco de vídea de 10 cm de diâmetro. As medidas e o número

de peças foram baseados no projeto e no protótipo em 3D feito no programa Google

SketchUp.

Figura 44 – Corte de todos os painéis

Figura 45 – Estocagem dos painéis, separados de acordo com suas características

Os painéis foram colocados num abrigo protegido de intempéries,

separados por grupos, contendo as mesmas características, bem como por ordem

de utilização.

Foram utilizados serra circular manual, disco de corte de madeira com

vídea, cavaletes de corte, lápis para marcação, grampos para prender as chapas de

cortes iguais e todos os equipamentos de proteção individual necessários para a

segurança.

c) Fôrmas, armaduras e concretagem do radier

As fôrmas do radier são de PCM, seguindo medidas estipuladas no

projeto do protótipo 3,00x2,05m. As armaduras utilizadas são treliças pré-fabricadas

para laje, disponíveis na UFSC, amarradas entre si com arame recozido e com

esperas para os pilares nos quatro cantos do retângulo formado.


Para concretagem, utilizou-se uma mistura de cimento, areia, pedra e

água na relação de 1:3:3:0,5, obtendo-se uma resistência de projeto de 15MPa. O

radier tem uma espessura de 15 cm final.

Figura 46 – Fôrmas e ferragens do radier

Figura 47 – Concretagem do radier

Os equipamentos e materiais utilizados na concretagem do raider foram

pá, carrinho de mão, betoneira, balde de 20 litros, cimento portland CP-II, brita nº 1 e

areia média.

d) Montagem dos painéis

Primeiramente fez-se a montagem das paredes no chão, com argamassa

de assentamento e parafusos para o seu posterior levantamento, conforme Figura

48. Essa técnica não teve resultados satisfatórios, pois, primeiramente, o peso dos

painéis completos resultariam entre 100 kg e 150kg, sendo difícil erguê-los

manualmente. Mesmo se fosse possível, tal movimento geraria esforços

concentrados nas conexões e ligações entre os painéis.

Posteriormente, ocorreu a montagem dos painéis cortados diretamente

sobre o radier, começando por um dos cantos, de modo a formar uma coluna

resistente para a continuação das vedações, de acordo com a Figura 49.

Primeiramente foram apoiados com escoras de eucalipto e depois aparafusados

entre si, seguindo assim sucessivamente até as duas últimas placas, colocadas de

dentro para fora.

Algumas considerações foram observadas no término do primeiro

protótipo. As placas interiores da vedação, com exceção da do meio, foram cortadas

em 0,5cm cada, para facilitar a sua montagem in loco, pois as dimensões não

coincidiram exatamente.


Figura 48 – Montagem no solo dos painéis

Figura 49 – Montagem dos painéis com escoras

A concretagem do radier não deixou a superfície totalmente lisa, tendo

pequenas imperfeições e desníveis. Assim, notou-se que na montagem dos painéis,

é imprescindível que a base esteja perfeitamente nivelada, para o apoio nivelado

dos painéis, evitando problemas na montagem.

Os equipamentos e materiais utilizados foram: aparafusadeira elétrica

com bateria, martelo, escoras de eucalipto, argamassa colante para pisos AC-I,

silicone e parafusos.

e) Concretagem dos pilares e vigas

Após a montagem dos painéis colocaram-se as armaduras dos pilares,

como se vê na Figura 50, dentro dos seus respectivos locais. A armadura utilizada

nos pilares e vigas é a mesma treliça utilizada no radier.

A concretagem procedeu-se com uma mistura de cimento, brita nº 1, areia

média e água na proporção de 1:3:3:0,5. Os pilares apresentam seção quadrada de

12 cm de lado. Para melhorar a ligação do painel de PCM com o concreto dos

pilares, colocaram-se parafusos nas placas na região dos pilares, aumentando a

ancoragem dos painéis de vedação.


Figura 50 – Concretagem dos pilares

Figura 51 – Concretagem das vigas

Ainda nessa etapa, lançou-se concreto também na parte inferior, dentro

da câmara de ar, em todo o perímetro do protótipo. Assim, obteve-se uma melhor

ligação dos painéis, aumentando a rigidez do conjunto, principalmente nos painéis

que não apresentam contato com pilares.

Após uma semana de cura dos pilares, preparou-se a base das vigas e

colocaram-se as armaduras conforme a Figura 41.

f) Fôrmas, armaduras e concretagem da laje

Após 7 dias de cura das vigas e 14 dias de cura dos pilares, procedeu-se

à colocação das placas de PCM para a base da laje. Também procedeu-se o

aparufasamento dessas placas nas vedações verticais, bem como nas laterais,

mostradas na Figura 52. Colocaram-se as escoras para a sustentação da laje no

interior, espaçadas a cada 85 cm, e nos beirais a cada 50 cm.

Figura 52 – Montagem das formas da laje

Figura 53 – Concretagem da laje e sua ferragem


Com a montagem das fôrmas, cortaram-se as armaduras, colocando-as

por sobre a base da laje, amarrando-as nas esperas dos pilares e entre si. Antes da

concretagem das lajes, colocaram-se 4 parafusos no centro do vão interno dos

painéis a fim de aumentar a ancoragem às fôrmas de PCM na laje.

A concretagem de cada laje levou cerca de 5 horas, tendo uma camada

de 5 cm de concreto, totalizando 7,5cm de espessura. Os materiais e equipamentos

utilizados foram pá, carrinho de mão, betoneira, dois baldes de 20 litros, escada,

andaimes, cimento portland CP-II, brita nº 1 e areia média. Também se utilizou para

a montagem das fôrmas e armaduras serra circular com disco de corte para metais,

aparafusadeira elétrica, torquês, arame recozido e aço para construção civil.

g) Execução da cobertura vegetal

Após a concretagem da laje e sua cura, escolheu-se o protótipo 02 para a

execução da cobertura vegetal, pois a laje apresentava 21 dias de cura. Assim

procedeu-se a colocação da camada de impermeabilização de manta asfáltica

aluminizada, evitando a perfuração pelas raízes das plantas.

Junto à etapa de impermeabilização da laje colocaram-se os pontos de

drenagem, mostrados na Figura 55, para a retirada da água excedente na cobertura,

proveniente das chuvas ou irrigação, evitando seu acúmulo na parte inferior da

cobertura.

Figura 54 – Impermeabilização da cobertura vegetal

Figura 55 – Drenagem para água pluvial excedente

Após a impermeabilização, colocou-se uma camada de membrana

geotêxtil de poliéster. Na parte inferior foi necessária uma emenda, sendo

sobreposta uma camada de 20 cm, como mostra a Figura 56.


Para ajudar a drenagem, colocou-se nos perímetros da cobertura uma

camada de brita, ilustrada pela Figura 57, facilitando uma possível manutenção das

saídas de drenagem da cobertura.

Figura 56 – Sobreposição de 20 cm da geomembrana

Figura 57 – Colocação da brita no perímetro da cobertura

Sobre a manta filtrante colocou-se uma mistura de areia com argila

expandida, colaborando ao mesmo tempo para a drenagem do vegetal e o

armazenamento de água através das propriedades físicas dos grânulos de argila

expandida.

Figura 58 – Preparação da base da cobertura vegetal

Figura 59 – Transplante das leivas do solo para a cobertura vegetal

Para a camada vegetal, escolheu-se a existente nas imediações do local

da construção. Assim, procedeu-se à retirada de uma camada de leiva, com

aproximadamente 8 cm e a colocação por sobre a camada de drenagem e absorção,

conforme se pode observar na Figura 59.


Figura 60 – Cobertura vegetal pronta

Após a colocação das leivas de vegetação, cortaram-se as sobras da

manta filtrante, deixando 5 cm de sobras em todo o perímetro. Para deixar a

cobertura uniforme, preencheu-se o espaço entre as leivas com areia grossa.

Também se polvilhou areia por sobre toda a extensão da cobertura, aumentando a

capacidade de drenagem superficial. Com a cobertura pronta, irrigou-se por uma

semana, durante os finais de tarde, auxiliando na estabilização das plantas.

h) Execução da cobertura em fibrocimento

Para a última análise, após as medições simultâneas das temperaturas na

laje e cobertura vegetal, executou-se a cobertura de fibrocimento. Primeiramente,

fez-se uma estrutura de madeira acima da laje, servindo como base para a fixação

das telhas e aparafusada na laje. Após a execução da estrutura em madeira,

procedeu-se à fixação das telhas no sentido oeste-leste com pregos telheiros.

Os materiais e equipamentos utilizados foram telhas de fibrocimento com

dimensões de 2440x500x4mm, pregos telheiros, pregos com cabeça, parafusos,

ripas de pinus com dimensões de 100x25mm, manta asfáltica aluminizada e brita nº

Figura 61 - Cobertura de fibrocimento

Figura 62 - Calha localizada na base da cobertura


Após o término da execução de todo o telhamento, fez-se na base da

cobertura uma calha, impermeabilizada com manta asfáltica aluminizada e protegida

com brita. A calha tem como objetivo receber toda a água pluvial das telhas e levá-la

ao ponto central de drenagem.

5 – Análise de Desempenho Térmico

74

5. ANÁLISE DE DESEMPENHO TÉRMICO

Neste capítulo, são analisados os desempenhos térmicos dos sistemas de

vedação e coberturas construídos no canteiro experimental do Laboratório de

Sistemas Construtivos da UFSC. Realizaram-se a simulação do desempenho

térmico, o acompanhamento das espécies vegetais expostas na cobertura e as

medições de desempenho higrotérmico realizadas nos protótipos.

5.1. DETERMINAÇÃO ANALÍTICA DE DESEMPENHO TÉRMICO

Realizou-se a simulação de desempenho térmico dos sistemas de

vedação e coberturas através da norma NBR 15.220, que apresenta os métodos

para o cálculo da transmitância térmica, capacidade térmica, atraso térmico e do

fator solar dos elementos e componentes das edificações.

5.1.1. Desempenho térmico das vedações verticais

Para se ter um parâmetro da contribuição das vedações verticais no

desempenho global do protótipo, calcularam-se os valores referentes à transmitância

térmica (U), fator solar (FCS) e atraso térmico (φ). Assim, pode-se determinar a

contribuição das paredes no seu desempenho térmico, bem como, saber se

satisfazem aos requisitos da norma, listados na Tabela 10.

Tabela 10 – Requisitos para o sistema de vedação vertical (ABNT, NBR 15.220)

Região 3 Florianópolis Tipo de vedação (externas)

U = < 3,6 W/(m2.K) Parede leve refletora φ = < 4,3 horas

FCS = < 4,0 %

No cálculo, consideraram-se três seções verticais para a parede: Sa, Sb e

Sc, como mostra a Figura 63.

Figura 63 - Diferentes seções das paredes de PCM (unidades em mm)


75

Tabela 11 – Valores para cada metro quadrado de vedação vertical

TOTAL Resistência térmica - seção (Rt) = 0,4949 (m2.K)/W

Resistência térmica – ambiente a ambiente (RT) = 0,6649 (m2.K)/W Transmitância (U) = 1,5040 W/(m2.K)

Capacidade térmica (CT) = 54,92176644 kJ/(m2.K) B0 = 54,92176644 B1 = 25,0803 B2 = -19,59118203

Atraso térmico (φ) = 3,4253 horas Fator de ganho de calor solar (FCS) = 1,8048 %

A Tabela 11 demonstra que os resultados são bastante satisfatórios para

Florianópolis (região 3) nos quesitos transmitância térmica (U), fator solar (FCS) e

atraso térmico (φ). Isso demonstra um bom tratamento térmico, através das

características das placas de PCM.

5.1.2. Desempenho térmico das coberturas

O cálculo prescrito na NBR 15.220 não pode ser aplicado na avaliação de

desempenho térmico para coberturas vegetais, pois não são conhecidos os valores

da resistência térmica da vegetação, além de não serem consideradas as influências

da absorção e da perda de água dos materiais, como, no caso, o índice de

saturação do substrato e a capacidade de evapotranspiração dos vegetais.

Contudo, como simplificação, considera-se a cobertura sem a vegetação,

somente com as subcamadas mostradas na Figura 64, sendo a camada externa de

“terra argilosa seca”.

Figura 64 – Detalhe das camadas e espessuras utilizadas pro cálculo


76

A 3ª parte da NBR 15.220, que trata do zoneamento bioclimático brasileiro

e diretrizes construtivas para habitação unifamiliares de interesse social, estabelece

os requisitos para as diversas regiões bioclimáticas brasileiras. Florianópolis localiza-

se na região 3 e os valores dos requisitos estão na Tabela 12.

Tabela 12 – Requisitos para o sistema de cobertura (ABNT, NBR 15.220)

Região 3 Florianópolis Tipo de vedação (externas)

U = < 2,0 W/(m2.K) Cobertura leve isolada φ = < 3,3 horas

FCS = < 6,5 %

Para o cálculo, levou-se em consideração a seção da cobertura, segundo

espessuras demonstradas na Figura 64. Os resultados dos cálculos estão nas

Tabela 13, Tabela 14 e Tabela 15, com simulações de fluxo de calor descendente e

ascendente.

Tabela 13 – Valores de cálculo de desempenho térmico para cobertura com terra

Valores para situação de fluxo de calor descendente Resistência térmica - seção (Rt) = 0,4718 (m2.K)/W



Atraso térmico (φ) = 2,7301 horas Fator de ganho de calor solar (FCS) = 4,4002 % Valores para situação de fluxo de calor ascendente

Resistência térmica - seção (Rt) = 0,4718 (m2.K)/W Resistência térmica – ambiente a ambiente (RT) = 0,6118 (m2.K)/W

Transmitância (U) = 1,6346 W/(m2.K) Capacidade térmica (CT) = 179,4 kJ/(m2.K)

B0 = 36,6 B1 = 13,5204 B2 = -99,58963517


Os resultados são bastante satisfatórios para Florianópolis nos requisitos

transmitância térmica (U), fator de calor solar (FCS) e atraso térmico (φ) para o fluxo

de calor descendente (situação de verão/dia), bem como para o fluxo de calor

ascendente (situação de inverno/noite).

Para comparação entre as coberturas estudadas, também se calcularam

os valores para a laje de concreto e cobertura com telhamento. Na Tabela 15, os

valores de transmitância não satisfazem a norma, tanto na situação de fluxo de calor


77

descendente e ascendente. Já para o atraso térmico, as duas situações satisfazem a

norma, bem como o FCS na situação de fluxo de calor descendente, ou seja, ganho

de calor.

Tabela 14 – Valores de cálculo de desempenho térmico para laje




Atraso térmico (φ) = 1,4602 horas Fator de ganho de calor solar (FCS) = 6,4160 % Valores para situação de fluxo de calor ascendente

Resistência térmica - seção (Rt) = 0,1952 (m2.K)/W Resistência térmica – ambiente a ambiente (RT) = 0,3352 (m2.K)/W

Transmitância (U) = 2,9830 W/(m2.K) Capacidade térmica (CT) = 135,3 kJ/(m2.K)

B0 = 25,3 B1 = 17,0559 B2 = -715,2578125


Na Tabela 15, o único valor que não satisfaz a NBR 15.220 é o de

transmitância para a situação de perda de calor. Isso ocorre porque se classificou a

câmara de ar entre a laje e o telhamento como câmara de ar muito ventilada,

fazendo com que, no cálculo de resistência térmica, a camada externa não possa

ser considerada.

Tabela 15 – Valores de cálculo de desempenho térmico para cobertura de fibrocimento




Atraso térmico (φ) = 1,7293 horas Fator de ganho de calor solar (FS) = 3,2177 %

Valores para situação de fluxo de calor ascendente Resistência térmica - seção (Rt) = 0,1952 (m2.K)/W


Capacidade térmica (CT) = 144,372 kJ/(m2.K) B0 = 34,372


78

B1 = 16,3456 B2 = -737,0551102


Nessa análise, notou-se que a maior contribuição para a melhoria no

desempenho térmico através do método de cálculo da NBR 15.220 é dada pelo

PCM, descrito como “aparas de madeira aglomerada com cimento em fábrica”.

Em comparação com os resultados obtidos dos três sistemas de

coberturas, segundo o projeto de norma ABNT 02.136.01.007, os níveis de

desempenho quanto à transmitância térmica são demonstrados na Tabela 16.

Segundo os critérios definidos pelo projeto de norma, os níveis de desempenho são

classificados em mínimos (M), intermediários (I) e superiores (S). Os campos da

tabela que ficaram sem nomenclatura foram os que não atingiram os requisitos

mínimos.

Tabela 16 - Critérios de desempenho quanto à transmitância térmica (fonte: ABNT 02.136.01.007)

Sistemas de coberturas analisados

Vegetal Laje Fibrocimento

Transmitância térmica (U): - Verão

- Inverno

1,46 W/(m2.K) 2,46 W/(m2.K) 1,60 W/(m2.K)

1,63 W/(m2.K) 2,98 W/(m2.K) 2,10 W/(m2.K)

Nível de desempenho: - Verão

- Inverno

I - M

M - M

De acordo com a NBR 15.220, a zona bioclimática 3, onde se localiza

Florianópolis, e com Lamberts et all (1997), o Resfriamento Evaporativo Indireto não

é uma estratégia bioclimática citada para o melhoramento do rigor térmico no interior

da edificação. As estratégias citadas são as de Ventilação para o verão e

Aquecimento da Edificação através da Inércia Térmica com vedações internas

pesadas no inverno.

5.2. ANÁLISE EXPERIMENTAL DE DESEMPENHO HIGROTÉRMICO

As medições higrotérmicas foram realizadas em quatro etapas. A primeira

etapa corresponde à verificação de uniformidade de medições de temperatura e

umidade entre os aparelhos. A segunda, corresponde às medições obtidas nos

protótipos, determinando a variação de temperatura e umidade entre eles. As etapas


79

restantes correspondem às medições comparativas nos dois protótipos, entre laje e

cobertura vegetal e entre cobertura com telhamento e cobertura vegetal.

Os dois protótipos foram construídos isoladamente, com as mesmas

dimensões e materiais, posicionados com a mesma orientação solar. As medições

de cada etapa foram realizadas simultaneamente nos dois protótipos e em pontos

equivalentes.

Os aparelhos utilizados nas medições são do tipo HOBO® da Onset

Computer Corporation, da família H8. Dois deles medem a temperatura e a umidade,

e o terceiro, além dessas medições, tem dois pontos externos, permitindo a

obtenção de mais duas medições de temperaturas. Segundo a Onset Computer

Corporation (2007), o equipamento opera em umidades relativas de 0 a 95% e em

temperaturas de -20º C até 70º C. A precisão do aparelho para temperatura segue a

curva do Gráfico 3, e para os valores de umidade relativa, é de ±5% entre

temperaturas de 5º C até 50º C.

Gráfico 3 - Precisão indicada pelo fabricante para o HOBO® em diferentes temperaturas


80

Figura 65 – Equipamentos para as medições higrotérmicas

Os aparelhos utilizados e descritos anteriormente, ilustrados na Figura 65,

foram numerados para facilitar a sua identificação. Também, com o mesmo objetivo,

numeraram-se os protótipos conforme ilustra a Figura 66. Para medições externas

colocou-se um equipamento HOBO® abaixo do beiral da construção vizinha, afim de

protegê-lo de chuvas, ventos e incidência de radiação solar direta, como mostra a

Figura 67.

Figura 66 - Localização e identificação dos protótipos para colocação dos HOBOs®

Figura 67 - Localização do HOBO® para medidas externas

Para a medição de temperatura e umidade absoluta, utilizaram-se as

unidades definidas pelos aparelhos, graus Celsius (oC) e gramas de água por metro

cúbico de ar (g/m3), respectivamente. A umidade relativa não foi utilizada, pois

depende de fatores, como temperatura, para a sua obtenção, e, assim, não tem

valores absolutos, o que dificulta a comparação dos dados. Através do Gráfico 4,

pode-se entender melhor a diferença entre os valores de umidades e temperatura.


81

Gráfico 4 - Curva psicrométrica simplificada

Nota-se na curva psicrométrica que, durante o aumento da temperatura

de 25ºC para 28ºC, a umidade relativa diminuirá de 70% para 80%; contudo,

mantém umidade específica em 14 g/Kg. Isso ocorre porque a umidade relativa é a

relação entre a umidade específica do ar e umidade da mistura do mesmo ar no seu

ponto de saturação, tendo como base a mesma temperatura para as duas situações.

Assim, com o aumento da temperatura e a manutenção da umidade absoluta,

diminui-se a umidade relativa.

As medições realizadas nos aparelhos HOBO® são de umidade absoluta

dadas pela razão entre a massa de vapor de água por volume de ar (g/m3). Já na

carta psicrométrica, o ábaco é de umidade específica, razão de massa de vapor de

água por massa de ar g/kg. A diferença entre esses valores pode ser calculada

através da fórmula abaixo.

O cálculo da umidade absoluta (UA) se dá pela obtenção da umidade

específica (UE), através das temperaturas de bulbo seco e úmido (TBS e TBU).

Traça-se uma paralela às linhas de volume específico (VE) pelo cruzamento do TBS

e TBU. Assim, acham-se os valores e calcula-se pela fórmula dada acima.


82

5.2.1. Verificação da uniformidade das medições entre os HOBOS®

Com o objetivo de verificar a uniformidade entre os três aparelhos, fez-se

uma medição simultânea de todos eles dentro de uma caixa térmica de poliestireno

revestido com plástico, com dimensões de 66x36x43cm. A comparação permite

avaliar as variações das medições entre eles e saber se estão em conformidade com

as margens de erro estabelecidas pelo fabricante, citadas no item 5.2.

Na Figura 68, pode-se observar os aparelhos de medição, colocados lado

a lado e no fundo da caixa. Isto permite submetê-los praticamente às mesmas

condições de trocas térmicas existentes entre os diferentes pontos localizados no

interior.

Figura 68 - Localização dos HOBOs® na caixa térmica

No Gráfico 5, mostram-se os resultados das medições de temperatura

durante o período de 4 horas 15 minutos e 12 segundos. O total de tempo das

medições foi de 8 horas 42 minutos e 4 segundos, porém retiraram-se do gráfico as

quatro horas seguintes, pois as temperaturas não apresentaram variação

significativa.


83

Gráfico 5 - Temperaturas obtidas nos três aparelhos dentro da caixa térmica

Os valores obtidos são uniformes, tendendo a se igualar no final das

medições, com dois diferentes agrupamentos. Um deles, com o HOBO® 02, e o

outro com as medições dos aparelhos 01, 03. Afim de facilitar a leitura, dividiu-se os

gráficos com os valores para as temperaturas do aparelho 03 no Gráfico 6. O

medidor externo “a” apresenta um menor atraso térmico, aproximadamente dez

segundos, em comparação ao aparelho 03. Já o “b” tende a um atraso térmico

maior, estabilizando a temperatura quarenta segundos depois.


84

Gráfico 6 - Temperaturas obtidas pelo aparelho 03 e seus medidores externos dentro da caixa térmica

Através dos valores das temperaturas obtidas, a diferença percentual

entre cada aparelho é apresentada na Tabela 17. O valor referencial adotado é o

maior temperatura.

Tabela 17 - Diferença entre as medidas de temperatura

Equipamento/

Equipamento

02

(25,75º C)

03

(26,06º C)

03 – a

(26,04º C)

03 – b

(26,08º C)

01 (25,87º C) 0,48% 0,72% 0,66% 0,80%

02 (25,75º C) 0 1,21% 1,15% 1,29%

03 (26,06º C) 0 0 0,66% 0,08%

03 – a (26,04º C) 0 0 0 0,14%

De acordo com a Tabela 17, a maior diferença entre as médias é dada

nos valores comparativos entre os equipamentos 02 e 03, com porcentagens de

1,21%, entre os aparelhos e 1,15% e 1,29%, para os pontos externos “a” e “b”,

respectivamente. Já a maior diferença obtida entre as medições é de 0,78ºC ou

2,96%, entre os aparelhos 03 e 01. Essas diferenças estão dentro da margem

percentual indicada pelo fabricante de aproximadamente 5% nessas temperaturas,

conforme visto no Gráfico 3.

Para os resultados de umidade absoluta, o Gráfico 7 mostra as medidas

dos aparelhos. Nota-se a diferenciação no começo das medições entre todos os

aparelhos; porém, os aparelhos 01 e 02 tendem a se igualar no final. Somente o


85

aparelho 03 mantém uma curva semelhante ao do aparelho 02, com uma diferença

de aproximadamente 1 g/m3.

Gráfico 7 - Umidades absolutas obtidas pelos três aparelhos dentro da caixa térmica

Comparando os resultados de umidade absoluta, pode-se observar que a

diferença aumentou, com os percentuais das médias do medidor 03 de 4,03% a

mais do que o aparelho 02. A diferença diminui na comparação entre os aparelhos

01 e 02, com diferença de 3,58% e, entre os aparelhos 01 e 03, com 0,30%. A

variação máxima de umidade absoluta entre os aparelhos é de 1,4g/m3, ou seja,

8,24%. Já a mínima é de 0,3 g/m3, com um percentual de 1,80%.

Comparando-se os resultados das medições de temperatura e umidade

absoluta, obtidos com a margem de erro especificada pelo fabricante, nota-se que os

resultados não são satisfatórios em relação à maior variação obtida nas umidades

absolutas. Porém, essa maior variação entre os equipamentos, mostrada nos

gráficos, ocorreu no começo das medições, diminuído a diferença no final para

0,7g/m3, ou seja, 4% entre o grupo de equipamentos 01 e 02 em comparação ao

aparelho 03.


86

5.2.2. Verificação da uniformidade de desempenho entre os protótipos

Entre os dias 11 e 14 de setembro de 2007, mediram-se as temperaturas

internas dos protótipos e as temperaturas externas, com o objetivo de verificar as

condições de uniformidade de desempenho dos dois protótipos. Para tanto,

colocaram-se os medidores 01 e 03 nos centros dos protótipos, mostrado na Figura

69, e o 02 no beiral da construção vizinha.

Figura 69 - Localização dos HOBOs® no interior do protótipo

O Gráfico 8 demonstra as temperaturas obtidas nos protótipos 01 e 02

durante o período de medição. Para a análise dos dados e obtenção de um valor

referente à diferença, utilizou-se a média das temperaturas e calculou-se a

porcentagem dessa diferença, que foi de 0,66%. A maior diferença nas variações da

temperatura se deu nas duas cristas, com valores de 1,97K no primeiro dia às 13h e

28 min, ou seja 6,86%. Já no segundo obteve-se 1,17K de diferença com uma

porcentagem de 4,38%.


87

Gráfico 8 – Temperaturas obtidas pelos aparelhos nos dois protótipos

Com base no Gráfico 9, pode-se notar a diferença entre as umidades

absolutas do protótipo 01 e 02. Elas se mantêm praticamente iguais, com uma

pequena diferença no começo das duas curvas, entre as 11h e 19 horas. No dia 12

de setembro, às 14 h e 16 min, a diferença entre a umidade absoluta foi de 3,5 g/m3

a mais no protótipo 02, com um percentual de 19,23%. A diferença média percentual

entre todos os valores obtidos foi de 3,95%.

Gráfico 9 - Umidades absolutas obtidas pelos aparelhos nos dois protótipos

Após a coleta dos dados dos aparelhos, notou-se uma pequena diferença

entre as medições. A fim de reduzir essas variações, verificou-se que existiam trocas

de ar entre os ambientes interno e externo, assim selaram-se as frestas dos


88

protótipos com espuma de poliuretano, melhorando a estanqueidade ao ar,

impedindo as trocas diretas do ar interno com o externo. As portas também

receberam proteção para os vãos de abertura, com um filete de placas PCM

aparafusado no perímetro de fora da porta, reduzindo a entrada de ar proveniente

principalmente do quadrante sul, ou através da sucção do ar interno pela diferença

de pressão exercida por ventos de outros sentidos.

5.2.3. Verificação de desempenho entre laje e cobertura vegetal

Após a fase de medição das temperaturas dos protótipos para verificar a

igualdade de condições a que eles se encontravam, construiu-se a cobertura vegetal

no protótipo número 02, conforme descrito no item “g” do capítulo 4.2.

Com a cobertura pronta, foram realizadas as medições entre os dias 02 e

04 de outubro. Para obter-se uma uniformidade entre as medições, utilizaram-se as

mesmas medidas e localização dos aparelhos dentro dos dois protótipos..

Gráfico 10 - Medições comparativas de temperaturas entre a laje e a cobertura vegetal

No Gráfico 10, pode-se observar que as temperaturas dos protótipos 01 e

02 apresentaram pequenas diferenças durante o período. A cobertura vegetal, nas

situações de fluxo de calor ascendente, mantém a temperatura interna com

aproximadamente 1ºC de diferença, ou seja, perde menos calor para o ambiente

externo. Também pode-se observar, na primeira crista do gráfico, que o atraso

térmico da cobertura vegetal em relação à laje, foi de aproximadamente 2 horas. A


89

maior diferença entre os dados obtidos foi às 20h e 19min do primeiro dia, com

2,29ºC ou 10,74% a mais no protótipo 02.

Gráfico 11 - Medições comparativas de umidade absoluta entre a laje e a cobertura vegetal

As medições de umidade absoluta, apresentadas no Gráfico 11, mostram

que as umidades absolutas no interior dos protótipos têm uma diferença maior as

15h e 16min no último dia de medição com 2,1g/m3 ou 15,33%. A cobertura do

protótipo 02, composta por uma manta impermeabilizante, mantém a umidade no

seu interior, reduzindo as trocas de umidade entre os ambientes internos e externos.

Também nota-se que as umidades absolutas nos protótipos 01 e 02 tendem a se

igualar no final da tarde e no começo da manhã. Isso acontece porque as trocas de

vapor de água entre exterior e interior no protótipo 01 são maiores, devido à menor

resistência térmica e maior porosidade da superfície.

As medições demonstram um melhor desempenho higrométrico do

protótipo 02, pois a laje está protegida por uma camada de impermeabilização, uma

camada de substrato e de vegetação, possibilitando uma menor transmitância

térmica. Essa permeabilidade da laje exposta, observada nos dados obtidos de

umidade absoluta, mostra a necessidade de impermeabilização, mesmo com a

inclinação de 8º.


90

Tabela 18 – Resultados comparativos entre laje e cobertura vegetal

Variações máximas, mínimas e valores comparativos em ºC e g/m3

Temperaturas Valores máximos Valores mínimos Valores médios

Absoluto Variação Absoluto Variação Absoluto Percentual

Protótipo 01 24,79º 19,04º 18,66º 21,71º 21,03º 3,81%

Protótipo 02 24,4º 21,33º 20,57º 21,71º 21,86º

Externas 27,52º 18,66º 28,28º 22,86º 21,57º -

Umidade Absoluta

Protótipo 01 (g/m3) 16 11,6 12,2 12,4 13,63 1,16%

Protótipo 02 (g/m3) 16 13,7 12,2 12,4 13,80

Externas (g/m3) 16,1 11,3 10,9 12,3 13,53 -

Os valores da diferença entre as medições nas coberturas com

telhamento e vegetal são apresentados na Tabela 18. As temperaturas e umidades

do protótipo 01 são próximas aos valores obtidos no aparelho externo. Assim, pode-

se observar uma melhoria no desempenho higrotérmico do protótipo 02, conferido

pela cobertura vegetal.

5.2.4. Verificação de desempenho entre cobertura vegetal e fibrocimento

Entre os dias 11 e 13 de outubro de 2007, foram obtidos os valores

higrotérmicos na cobertura vegetal e na cobertura com telhas de fibrocimento. As

medições ocorreram logo após a construção da cobertura de fibrocimento, conforme

descrito no item “h” do capítulo 4.2.

Essas medições seguiram os padrões já utilizados nas duas medições

anteriores, com uma pequena modificação, retirando os dois pontos externos do

HOBO® 03 que mediam o processo de estratificação do ar dentro do protótipo com

cobertura vegetal.


91

Gráfico 12 - Medições comparativas de temperatura entre telhamento e cobertura vegetal

O Gráfico 12 mostra as medições de temperaturas dos protótipos,

podendo se observar uma pequena diferença entre o desempenho térmico. No

período entre o início das medições até as 7h da manhã. No dia 13 de outubro, a

cobertura vegetal apresentou uma melhor resistência e atraso térmico, com uma

diferença entre a temperatura na crista da primeira curva de 1,16ºC, ou seja 4,61%.

Na situação de fluxo de calor ascendente, a cobertura vegetal também se manteve

melhor em relação à outra, com 0,39ºC a mais nas temperaturas mais baixas

localizadas no vale da curva.

No dia 13, ao chegar perto das 11h ocorreu uma drástica diminuição da

temperatura, causada por uma frente fria, fazendo diminuir a temperatura de 31º C

para 19º C.


92

Gráfico 13 - Medições comparativas de umidade absoluta entre telhamento e cobertura vegetal

As medições de umidade absoluta do Gráfico 13 mostram uma grande

diferença, com valores ora maiores para cobertura vegetal ora maiores para a de

fibrocimento. A maior diferença se deu às 13h e 50min do primeiro dia de medição,

com 1,7g/m3, ou 9,44% a mais no protótipo 02, que apresentou uma menor troca

entre o ambiente externo e interno.

Por muitas vezes, as temperaturas do telhado de fibrocimento

mantiveram-se abaixo da cobertura vegetal, mas com o aumento da umidade

externa, a umidade absoluta no seu interior acompanhou esse aumento, igualando-

se ao da cobertura vegetal, cuja curva não acompanhou exatamente os movimentos

da curva de umidade absoluta externa. Essa relação mostra que a cobertura de

fibrocimento oferece uma maior troca com o ambiente externo, como na medição

anterior entre laje e cobertura vegetal.

Nessa medição, a cobertura vegetal não mostra uma grande vantagem de

desempenho higrotérmico em relação a telhados com fibrocimento. Uma pequena

vantagem durante o período de céu aberto, logo desfeita pela ação de ventos e a

queda de temperatura externa.

Tabela 19 – Resultados comparativos entre telhamento e cobertura vegetal

Variações máximas, mínimas e valores comparativos

Temperaturas Valores máximos Valores mínimos Valores médios

Absoluto Variação Absoluto Variação Absoluto Percentual

Protótipo 01 25,17º 25,17º 20,19º 24,79º 22,89º 0,36%


93

Protótipo 02 24,79º 24,01º 20,19º 24,79º 22,97º

Externas 32,76º 26,73º 19,42º 27,52º 22,81º -

Umidade Absoluta

Protótipo 01 (g/m3) 20,4 16,3 13 18,4 16,71 3,24%

Protótipo 02 (g/m3) 20,90 18 12,9 18,4 17,27

Externas (g/m3) 19,7 16,2 12,5 17,7 16,94 -

Segundo a Tabela 19, pode-se perceber o melhor desempenho térmico

da cobertura vegetal, tanto nas amplitudes térmicas quanto médias, demonstrando

que a cobertura vegetal tem maior capacidade de manter o calor durante os

períodos em que o fluxo de calor é ascendente, ou seja, de perda de calor. Nos

valores para variação mínima em vários momentos, as temperaturas se igualam;

porém nunca com a escala de aumento ou diminuição igual.

Tabela 20 - Comparação entre os sentidos dos fluxos de calor

Sistema de cobertura Laje de Concreto Telhas de fibrocimento

Estudo Morais Lima Autor Morais Lima Autor

Fluxo de calor ascendente 1,2º C 1,4º C 1,9º C - 1,2º C 0,4º C

Fluxo de calor descendente 3,8º C 5,9º C 0,4º C - 1,8º C 0º C

Comparando-se os desempenhos térmicos realizados em coberturas com

estudos anteriores, elaborados por Morais (2003) e Vecchia et all (2006), mostra-se

na Tabela 20, a diferença entre as temperaturas obtidas com a cobertura vegetal.

Nos três estudos realizados no Brasil, não se obteve similaridade, pois as diferenças

entre os protótipos analisados são consideráveis, como a localização, a diminuição

da espessura de substrato e os materiais empregados na construção. Isso

demonstra que a escolha de um sistema de cobertura vegetal mais leve, com menos

substrato, deve-se levar em consideração os fatores como peso e desempenho

térmico.

5.2.5. Verificação do processo de estratificação do ar no interior dos

protótipos

Juntamente com as medições de temperatura, também foram obtidos

dados das condições internas do protótipo 02, posicionando os medidores nas


94

alturas de 0,20m, 1,22m, 2,25m, conforme Figura 69. As medições nessas alturas

têm por objetivo demonstrar o processo de estratificação do ar no protótipo nos

diferentes sistemas de coberturas.

a) Na cobertura com laje de concreto: os valores de temperatura indicam

o processo de estratificação do ar para laje de 5cm, com forro em PCM de 2,5cm e

sem impermeabilização, apresentados no Gráfico 14.

Gráfico 14 – Temperaturas no interior do protótipo 2, demonstrando o processo de estratificação do ar com cobertura de laje

Pode-se notar que durante o período de fluxo de calor descendente, a

temperatura é maior no ponto de medição superior e menor no inferior. Já durante o

período de fluxo de calor ascendente, todas as temperaturas tendem a se igualar,

aproximadamente às 6h da manhã.

Os valores máximos da diferença entre as temperaturas ocorreram às 16h

e 40min do dia 12 de setembro de 2007, com 4,7ºC ou 16,15% de diferença entre a

medição do ponto inferior e do superior. A diferença entre os três pontos foi de

3,12ºC, do inferior para o do centro, e de 1,58ºC, do centro para o superior.

b) Na cobertura vegetal: no Gráfico 15, é possível verificar as diferentes

temperaturas obtidas nos pontos citados anteriormente no interior do protótipo 02.


95

Gráfico 15 – Temperaturas no interior do protótipo 2, demonstrando o processo de estratificação do ar com cobertura vegetal

Como no caso anterior, o ganho de carga térmica pela cobertura durante

o período de fluxo de calor descendente é maior no ponto superior e menor no

inferior. Já durante o período de fluxo de calor ascendente, a cobertura tende a

perder menos calor para o ambiente externo através da maior resistência térmica e,

conseqüentemente, da menor transmitância térmica.

Pode-se notar uma redução na amplitude de temperaturas, pois nas

medições para a laje de concreto foram de aproximadamente 9ºC e as da cobertura

vegetal de 5ºC. Os valores máximos da diferença ocorreram às 18h e 6min do dia 03

de outubro, com 1,92ºC, ou 8 % de diferença entre o a medição de baixo com a de

cima. A diferença entre os pontos de baixo para o do meio e o do meio para o de

cima foram de 1,54ºC e 0,38ºC, respectivamente.

Pretendia-se, também, obter as medições relacionadas à cobertura com

telhamento em fibrocimento; porém, com os fortes ventos do último sábado do mês

de outubro, ocorreu o destelhamento do protótipo 01, quebrando todas as telhas no

chão.

6 - Conclusões 96

6. CONCLUSÕES

Um dos requisitos para o começo da pesquisa foi o de saber o “estado da

arte”, ou seja, o histórico das coberturas vegetais no mundo e no Brasil, bem como,

os estudos realizados para o desenvolvimento desse sistema construtivo e a

quantificação de seu desempenho. Através das pesquisas bibliográficas, verificou-se

que, em países da comunidade européia, principalmente na Alemanha, havia

pioneirismo no emprego desse sistema cobertura. Na América, os canadenses e

americanos já dispõem de tecnologias suficientes para a aplicação desse sistema

construtivo vindas da Europa. No Brasil, ainda existem poucas instituições que

pesquisam e desenvolvem a cobertura vegetal.

No detalhamento do projeto dos protótipos, levaram-se em consideração

os insumos locais e a disponibilidade de materiais na região. O sistema construtivo

de cobertura vegetal se mostrou como uma opção viável para a região de

Florianópolis. A vegetação transplantada do próprio local para a cobertura se

estabilizou rapidamente, atingindo a 0,8m de altura em períodos com bastante sol e

regimes de chuvas intercalados.

A utilização das placas de PCM para a construção dos protótipos

possibilitou rapidez no corte e montagem das vedações, diferentemente da

concretagem da estrutura e seu tempo de cura. O revestimento externo não foi

argamassado por questões de custos, mas a sua execução foi facilitada pelas

características da superfície da placa de PCM, com poros e completamente planas,

podendo diminuir a espessura do reboco. Nas juntas entre os painéis, foi necessária

a colocação de telas metálicas que resistissem às trincas.

Nas medições de temperatura, estabeleceram-se condições de controle

em cada uma das etapas: de verificação de uniformidade entre os medidores,

verificação da uniformidade dos protótipos, medições comparativas entre laje de

concreto e cobertura vegetal e medições comparativas entre telhamento de

fibrocimento e cobertura vegetal. Os resultados obtidos possibilitaram a análise

comparativa de desempenho higrotérmico dos protótipos construídos. Observou-se

que a cobertura vegetal apresentou certa redução das amplitudes térmicas em

relação ao telhamento de fibrocimento ventilada.

6 - Conclusões 97

6.1. QUANTO AOS MÉTODOS UTILIZADOS

A localização e a orientação dos protótipos foram escolhidas para igualar

a exposição à radiação solar. Porém, notou-se que, durante períodos com ventos

muito fortes, principalmente os de quadrante Sul e Norte, os ventos interferem nas

medidas de temperatura no interior dos protótipos. Como os ventos do quadrante Sul

são normalmente mais frios e atuam de forma mais intensa no protótipo 02, esse

apresenta maior perda de calor para o ambiente externo, funcionando como uma

barreira para o protótipo 01. Desse modo, observou-se que os protótipos

apresentam a mesma exposição à radiação solar; porém, não a mesma exposição

aos ventos.

Quanto ao uso dos equipamentos, verificou-se que a precisão das

medições é compatível com as margens de erro especificadas pelo fabricante e, por

ser pequena, foi desconsiderada. Não houve como medir simultaneamente a

estratificação do ar junto ao desempenho higrotérmico no interior dos protótipos, pois

só havia um aparelho com dois pontos externos.

Ao adotar a altura de 2,60m no interior do protótipo, observou-se a

predominância das superfícies de fachada com relação à cobertura. As dimensões

dos protótipos, mesmo reduzidas por motivos econômicos, permitiram uma

aproximação das condições reais de uma edificação.

6.2. QUANTO AO SISTEMA CONSTRUTIVO DO PROTÓTIPO

Na montagem dos protótipos, observou-se a dificuldade em controlar as

juntas entre as placas de vedações verticais. Após a colocação das placas externas

das fachadas norte e sul, procedeu-se à colocação das placas internas. Durante

esse processo, as placas internas necessitaram de cortes especiais de 5mm nas

placas laterais, a fim de se ajustarem às dimensões estabelecidas em projeto.

A concretagem das lajes radier, pilares, vigas e lajes de coberturas foram

as etapas mais dispendiosas pelo preparo do concreto em obra. O uso de concreto

usinado permitiria maior rapidez na construção dos protótipos e superfícies mais

regulares.

As espessuras das paredes adotadas no projeto consideram a dimensão

mínima de 12cm para pilares de concreto, especificado pela NBR 6128. Como neste

6 - Conclusões 98

projeto considerou-se a placa de PCM como fôrma incorporada, as paredes têm

17cm de espessura. Se houvesse aplicação de um revestimento argamassado, a

espessura da parede teria 20cm, com 5cm a mais de uma parede comumente

utilizada na região com blocos cerâmicos.

6.3. QUANTO AO SISTEMA COBERTURA VEGETAL UTILIZADO

A solução utilizada para o sistema de cobertura vegetal foi o de laje

impermeabilizada com manta aluminizada, protegida por manta geotêxtil e recoberta

com argila expandida e areia grossa. Essa solução construtiva possibilitou a

drenagem de modo satisfatório, porém com reduzida retenção de água na cobertura.

A quantidade de água absorvida não foi suficiente para manter, durante o período de

estiagem, a umidade necessária para conservar o vegetal. No mês de janeiro de

2008, com pouco volume de chuva, a vegetação selecionada ficou bastante

ressecada. Entretanto, após um período de chuvas intercaladas, rapidamente a

vegetação se restabeleceu. Esse fenômeno seria minimizado com o aumento da

camada de argila expandida, garantindo maior volume de retenção de água,

adicionando pouco peso no sistema estrutural.

A camada de substrato, colocada sobre a argila expandida, contém terra

do próprio local, incorporada na leiva da vegetação, com areia preenchendo os

espaços e regularizando a camada de argila expandida e do próprio vegetal. Isso

permitiu aumentar a retenção de água no vegetal, facilitando a penetração da água

da chuva, sem o carreamento do substrato.

A vegetação utilizada apresenta uma variedade de espécies que já se

encontravam adaptadas às condições existentes no local. Essa rusticidade

dispensou grandes cuidados quanto à manutenção da vegetação, através de

irrigação e fertilização do solo.

6.4. QUANTO AO DESEMPENHO HIGROTÉRMICO DOS PROTÓTIPOS

Nos testes de aferição dos equipamentos de medição higrotérmicos, as

variações observadas encontram-se dentro dos valores admitidos pelo fabricante.

Em relação aos protótipos, observou-se que houve similaridade nas curvas dos

gráficos, com uma diferença percentual média de 4,38% para temperatura e 3,95%

6 - Conclusões 99

para umidade absoluta. Embora apresentassem uniformidade nos valores,

procedeu-se ao selamento de algumas frestas com espuma de poliuretano e

proteção dos vãos de abertura das portas, reduzindo a entrada de ar externo.

Nas medições comparativas entre as coberturas dos protótipos, pòde-se

perceber o melhor desempenho térmico da cobertura vegetal, tanto nas amplitudes

térmicas quanto médias, demonstrando que a cobertura vegetal tem maior

capacidade de manter o calor durante os períodos em que o fluxo de calor é

ascendente, ou seja, de perda de calor do protótipo.

Pôde-se observar que as placas de PCM contribuíram para melhorar

desempenho térmico, exemplificado pelos cálculos de desempenho realizados

através da NBR 15.220. Segundo essa norma, o valor de condutividade térmica do

material é de 0,15 W/(m.K), próximos aos valores de condutividade em materiais

reconhecidamente com bom desempenho térmico, como o caso do concreto celular

autoclavado, que é de 0,17 W/(m.K). Desse modo, o forro contribuiu para amenizar

ainda mais as variações de temperaturas no ambiente interno dos protótipos.

A transmitância térmica da cobertura vegetal, mesmo em se considerando

como última camada a terra sem vegetação, apresentou valores aproximadamente

10% superiores ao da transmitância térmica da cobertura com telhas de

fibrocimento. Na situação com fluxo de calor ascendente, essa diferença triplicou,

pois o modelo teórico desconsidera a última camada nessa situação, em coberturas

muito ventiladas. Entretanto, nas medições realizadas nos protótipos, essas

diferenças de desempenho térmico não foram tão acentuadas. A maior diferença

entre as temperaturas máximas nos protótipos foi de 4,61%. Esse diferencial entre

os desempenhos teóricos e o modelo se deve ao fato de as temperaturas internas

serem influenciadas por toda a envolvente do protótipo e não apenas pelos valores

de transmitância das coberturas.

Outros fatores podem ter influenciado o comportamento dos protótipos,

tais como a perda de calor pela incidência diferenciada de ventos, a variação da

inércia térmica pela retenção de água e a evapotranspiração da água na camada

vegetal.

Como observado anteriormente, a quantidade de água no sistema de

cobertura vegetal influencia o desempenho térmico. A grande dificuldade é

estabelecer as relações entre a quantidade de água existente e as variações de

temperatura e umidade nos ambientes internos dos protótipos. As medições de

6 - Conclusões 100

umidade no interior do protótipo com cobertura vegetal foram em média 3,2%

superior aos valores do protótipo com cobertura de fibrocimento. Isso se deve à

maior capacidade da cobertura vegetal de manter as temperaturas e umidades

constantes no interior do protótipo.

Comparando as medições obtidas neste trabalho com outros estudos

similares realizados, observou-se que as diferenças são significativas,

provavelmente, em função da diferença entre os sistemas construtivos dos

protótipos, da cobertura vegetal e da localização. Além das variações das camadas

de substrato e da cobertura vegetal, destacou-se a contribuição no uso das placas

de PCM como fôrma e forro da laje de cobertura, melhorando o desempenho térmico

dos protótipos construídos na UFSC.

6.5. SUGESTÕES E RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

A partir das experiências adquiridas no desenvolvimento desta

dissertação, apresentam-se algumas recomendações para trabalhos futuros de

desempenho higrotérmico de coberturas vegetais. Também são sugeridos alguns

temas para trabalhos futuros no sentido de se aprofundarem os estudos aqui

observados:

- comparação entre diferentes sistemas de coberturas vegetais, variando as

espessuras das camadas de substrato, diferentes sistemas de retenção de água e

adoção de diferentes espécies de vegetal;

- medições ao longo de um ano inteiro, a fim de verificar o desempenho

higrotérmico nas quatro estações;

- instrumentação em maior número de pontos no protótipo com o objetivo

de avaliar temperatura e umidades nas distintas camadas da cobertura;

- medição de temperatura nas coberturas com e sem as placas de PCM,

com a finalidade de avaliar sua contribuição no conjunto;

- medições de retenção de água em diferentes sistemas de cobertura, bem

como em diferentes sistemas de coberturas vegetais;

- medições de fluxo de calor na cobertura vegetal;

- medições de edifícios com coberturas vegetais em uso.

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Apêndices 110

APÊNDICES

APÊNDICE A

Projeto do protótipo

Apêndices 111

Apêndices 112

Apêndices 113

Apêndices 114

Apêndices 115

Apêndices 116

Apêndices 117

APÊNDICE B

Tabela de cálculos dos desempenhos térmicos, segundo NBR 15.220

Parede de PCM

PCM Reboco Valores rqueridos ρ (kg/m3) 440 1200 Região 3 Florianópolis λ (W/m.K) 0,15 0,7 U = < 3,6 W/(m2.K) c (KJ/kg.K) 2,3 0,84 φ = < 4,3 horas Espes. (m) 0,025 0,015 FCS = < 4,0 %

Sem painel

Concreto Material Seção A pcm+ar+pcm Ra 0,5033

ρ (kg/m3) 2200 0,817 0,817 Cta 50,6000

λ (W/m.K) 1,75

c (KJ/kg.K) 1 Seção B pcm+pcm+pcm 0,17 Rb 1,1333

Espes. (m) 0,12 0,025 0,025 Ctb 25,3000 Material Material

ρ (kg/m3) Seção C pcm+conc+pcm Rc 0,4019

λ (W/m.K) 0,12 0,12 Ctc 314,6000 c (KJ/kg.K) Espes. (m) Resist. AR

Rsi 0,13 Rse 0,04 α 0,3 Superfície branca - com falhas cinzas

Ar - alta e 0,17

Painel

Rt = 0,4949 (m2.K)/W RT = 0,6649 (m2.K)/W

U = 1,5040 W/(m2.K) CT = 54,92176644 kJ/(m2.K) B0 = 54,92176644 B1 = 25,0803 B2 = -19,59118203 φ = 3,4253 horas

FS = 1,8048 %

Apêndices 118

Cobertura Vegetal plana com laje de concreto PCM Manta Asfáltica Valores requeridos ρ (kg/m3) 440 1000 Região 3 Florianópolis λ (W/m.K) 0,15 0,23 U = < 2,0 c (KJ/kg.K) 2,3 1,46 φ = < 3,3 Espes. (m) 0,025 0,005 FCS = < 6,5 Argila Exp. ρ (kg/m3) 400 λ (W/m.K) 0,16 c (KJ/kg.K) Espes. (m) 0,01 Barro Concreto (5cm) ρ (kg/m3) 1700 2200 λ (W/m.K) 0,52 1,75 c (KJ/kg.K) 0,84 1,00 Espes. (m) 0,10 0,05 Ascendente Descendente

Rsi 0,1 0,17 Rse 0,04 0,04 α 0,75

*Verificação da Câmara de Ar:

Cobertura (Inverno) Cobertura (Verão)

VERÃO: VERÃO: Rt = 0,4718 (m2.K)/W Rt = 0,4718 (m2.K)/W

RT = 0,6118 (m2.K)/W RT = 0,6818 (m2.K)/W U = 1,6346 W/(m2.K) U = 1,4667 W/(m2.K)

CT = 179,4 kJ/(m2.K) CT = 179,4 kJ/(m2.K) B0 = 36,6 B0 = 36,6 B1 = 13,5204 B1 = 17,5326 B2 = -99,58963517 B2 = -83,97039259 φ = 3,1089 horas φ = 2,7301 horas

FS = 4,9037 % FS = 4,4002 %

Documents

DESEMPENHO HIGROTÉRMICO DE COBERTURA VEGETAL …